domingo, 09 de agosto del 2020 Fecha
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Creemos cosas que…, ¿serán ciertas?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (2)

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Diagrama de la trayectoria del sistema de Lorenz para los valores r = 28, σ = 10, b = 8/3.

Teoría del caos es la denominación popular de la rama de las matemáticas, la física y otras disciplinas científicas que trata ciertos tipos de sistemas dinámicos  muy sensibles a las variaciones en las condiciones iniciales. Pequeñas variaciones en dichas condiciones iniciales pueden implicar grandes diferencias en el comportamiento futuro, imposibilitando la predicción a largo plazo. Esto sucede aunque estos sistemas son en rigor determinísticos, es decir; su comportamiento puede ser completamente determinado conociendo sus condiciones iniciales.

Foto

Montaje experimental. Foto: HZB, D.J.P. Morris y A. Tennant. .

Hubo un tiempo, el el Universo muy temprano, en el que la temperatura estaba encima de algunos cientos de veces la masa del protón, cuando la simetría aún no se había roto, y la fuerza débil y electromagnética no sólo eran la misma matemáticamente, sino realmente la misma. Un físico que hibiera podido estar allí presente, en aquellos primeros momento, no habría podido observar ninguna diferencia real entre las fuerzas producidas por el intercambio de estas cuatro partículas: las W, la Z y el Fotón.

Muchas son las sorpresas que nos podríamos encontrar en el universo primitivo, hasta la presencia de agua ha sido detectada mediante la técnica de lentes gravitacionales en la galaxia denominada MG J0414+0534 que está situada en un tiempo en el que el Universo sólo tenía dos mil quinientos millones de años de edad. El equipo investigador pudo detectar el vapor de agua presente en los chorros de emisión de un agujero negro supermasivo. Este tipo de objeto es bastante raro en el universo actual. El agua fue observada en forma de mases, una emisión de radiación de microondas provocada por las moléculas (en este caso de agua) al ser amplificadas por una onda o un campo magnético.

Siguiendo con el trabajo, dejemos la noticia de más arriba (sólo insertada por su curiosidad y rareza), y, sigamos con lo que hemos contado repetidas veces aquí de las fuerzas y la simetría antes de que, el universo se expandiera y enfriara para que, de una sóla, surgieran las cuatro fuerzas que ahora conocemos: Gravedad que campa sola y no quiere juntarse con las otras fuerzas del Modelo Estándar, el electromagnetismo y las nucleares débil y fuerte.

mundo brana

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil. Seguramente ese será el motivo por el cual, encontrar  al Bosón mediador de la fuerza, el Gravitón, resulta tan difícil.

De manera similar, aunque menos clara, las teorías de supersimetrías conjeturaban que las cuatro fuerzas tal vez estaban ligadas por una simitría que se manifestaba en los niveles de energía aún mayores que caracterizaban al universo ya antes del big bang. La intodución de un eje histórico en la cosmolo´gia y la física de particulas (como decía ayer en uno de los trabajos), beneficio a ambos campos. Los físicos proporcionaron a los cosmólogos una amplia gama de herramientas útiles para saber cómo se desarrolló el universo primitivo. Evidentemente, el Big Bang no fue una muralla de fuego de la que se burló Hoyle, sino un ámbito de suscesos de altas energías que muy posiblemente pueden ser comprensibles en términos de teoría de campo relativista y cuántica.

La cosmología, por su parte, dio un tinte de realidad histórica a las teorías unificadas. Aunque ningún acelerador concebible podrían alcanzar las titánicaqs energías supuestas por las grandes teorías unificadas y de la supersimetría, esas exóticas ideas aún  pueden ser puestas a prueba, investigando su las partículas constituyentes del universo actual son compatibles con el tipo de historia primitiva que implican las teorías.

Gell-Mann, el premio Nobel de física, al respeto de todo esto decía: “Las partículas elementales aparentemente proporcionan las claves de algunos de los misterios fundamentales de la Cosmología temprana… y resulta que la Cosmología brinda una especia de terreno de prueba para alguna de las ideas de la física de partículas elementales.” Hemos podido llegar a descubrir grandes secretos de la naturaleza mediante los pensamientos que, surgidos de la mente desconocida y misteriosa de algunos seres humanos, han podido ser intuidos mediante ráfagas luminosas que nunca sabremos de dónde pudieron surgir )Lorentz, Planck, Einstein, Heisenmberg, Dirac, Eddigton, Feymann, Wheeler… Y, una larga lista de privilegiados que pudieron ver, lo que otros no podían.

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              Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza. Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene. La cosmología sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero en las energías extremadamente altas del big bang original  y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

Si es así (que lo es), cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que no es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

Ya ahí tenemos pruebas de historia. Aunque esta célula particular solo tiene unos pocos años de antigüedad, su arquitectura se remonta a más de mil millones de años, a la época en que aparecieron en la Tierra las células eucariota o eucarióticas como la que hemos examinado.

Abajo vemos el dorso de la mano algo aumentado

Resultado de imagen de El dorso de la mano visto al microscopio

Para determinar dónde obtuvo la célula el esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes.  Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de  cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas, desde relojes de arena hasta espirales ascendentes como largos muelles y elipses grandes como escudos y fibras delgadas como puros.  Algunos de esos electrones son recién llegados, recientemente arrancados a átomos vecinos; otros se incorporaron junto a sus núcleos atómicos hace más de cinco mil millones de años, en la nebulosa de la cual se formó la Tierra.

Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene. Sion embargo, nos queda la duda de: ¿qué podrá haber más allá de los Quarks?

¿Qué no podremos hacer cuando conozcamos la naturaleza real del átomo y de la luz? El fotón,  ese cuánto de luz que parece tan insignificante, nos tiene que dar muchas satisfacciones y, en él, están escondidos secretos que, cuando sean revelados, cambiará el mundo. Esa imagen de arriba que está inmersa en nosotros en en todo el Universo, es la sencilles de la complejidad. A partir de ella, se forma todo: la muy pequeño y lo muy grande.

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión.   Tales núcleos y átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol.  Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que constituyen protonesneutrones. Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores.  Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía.  Sin embargo, para dispersar los nucleones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quark que constituyen cada nucleón.

Uno de los misterios de la naturaza, están dentro de los protomes y netrones que, confromados por Quarks, resulta que, si estos fueran liberados, tendrían independientemente, más energía que el protónque conformaban. ¿cómo es posible eso?

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang. Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo.  Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo. El acelerador de 200 Kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang. Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo.  El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo.  El nuevo LHC proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad.

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada.  A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes,  durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica.  Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más esclarecedora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

A los cien millones de años desde el comienzo del tiempo, aún no se habían formado las estrellas, si acaso, algunas más precoces.  Aparte de sus escasas y humeantes almenaras, el Universo era una sopa oscura de gas hidrógeno y helio, arremolinándose aquí y allá para formar protogalaxias.

Anti-hidrógeno

He aquí la primera imagen jamás obtenida de antimateria, específicamente un “anti-átomo” de anti-hidrógeno. Este experimento se realizó en el Aparato ALPHA de CERN, en donde los anti-átomos fueron retenidos por un récord de 170 milisegundos (se atraparon el 0.005% de los anti-átomos generados).

A la edad de mil millones de años, el Universo tiene un aspecto muy diferente.  El núcleo de la joven Vía Láctea arde brillantemente, arrojando las sobras de cumulonimbos galácticos a través del oscuro disco; en su centro brilla un quasar blanco-azulado.  El disco, aún en proceso de formación, es confuso y está lleno de polvo y gas; divide en dos partes un halo esférico que será oscuro en nuestros días, pero a la sazón corona la galaxia con un brillante conjunto de estrellas calientes de primera generación.

Para determinar dónde obtuvo la célula es esquema que le indicó como formarse, pasemos al núcleo y contemplemos los delgados contornos de las macromoléculas de ADN segregadas dentro de sus genes. Cada una contiene una rica información genética acumulada en el curso de unos cuatro mil millones de años de evolución.

Claro que, nuestra historia está relacionada con todo lo que antes de llegar la vida al Universo pudo pasar. ¡Aquella primera célula! Se replicó en la sopa primordial llamada Protoplasma vivo y, siguió evolucionando hasta conformar seres de diversos tipos y, algunos, llegaron a adquirir la conciencia.

                   Macromolécula

Almacenado en un alfabeto de nucleótidos de cuatro “letras”- hecho de moléculas de azúcar y fosfatos, y llenos de signos de puntuación, reiteraciones para precaver contra el error, y cosas superfluas acumuladas en los callejones sin salida de la historia evolutiva-, su mensaje dice exactamente cómo hacer un ser humano, desde la piel y los huesos hasta las células cerebrales.

  célula cerebral

Si elevamos más el aumento veremos que la molécula de ADN está compuesta de muchos átomos, con sus capas electrónicas externas entrelazadas y festoneadas en una milagrosa variedad de formas de una rareza y de una incleible y extraña belleza que sólo la Naturaleza es capaz de conformar.

        Molécula de ADN

Si elevamos el aumento cien mil veces, el núcleo de un átomo de carbono se hinchará hasta llenar el campo de visión. Tales núcleos átomos se formaron dentro de una estrella que estalló mucho antes de que naciera el Sol. Si podemos aumentar aún más, veremos los tríos de quarks que se  constituyen en protones y neutrones.

                                 Átomo de Carbono

Los quarks han estado unidos desde que el Universo sólo tenía unos pocos segundos de edad. Una vez que fueron eliminados los antiquarks, se unieron en tripletes para formar protones y neutrones que, al formar un núcleo cargado positivamente, atrayeron a los electrones que dieron lugar a formar los átomos que más tarde, conformaron la materia que podemos ver en nuestro unioverso.

Al llegar a escalas cada vez menores, también hemos entrado en ámbitos de energías de unión cada vez mayores. Un átomo puede ser desposeído de su electrón aplicando sólo unos miles de electrón-voltios de energía. Sin embargo, para dispersar los nucleaones que forman el núcleo atómico se requieren varios millones de electrón-voltios, y para liberar los quarks que constituyen cada nucleón se necesitaría cientos de veces más energía aún.

Resultado de imagen de LOs Quarks dentro del núcleo

Los Quarks dentro del núcleo están sometidos a la Interacción fuerte, es decir, la más potente de las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, la que mantiene a los Quarks confinados dentro del núcleo atómico por medio de los Gluones.

Introduciendo el eje de la historia, esta relación da testimonio del pasado de las partículas: las estructuras más pequeñas, más fundamentales están ligadas por niveles de energía mayores porque las estructuras mismas fueron forjadas en el calor del big bang.

 

Haces de protones que chocan cuando viajan a velocidad relativista en el LHC

Esto implica que los aceleradores de partículas, como los telescopios, funcionen como máquinas del tiempo. Un telescopio penetra en el pasado en virtud del tiempo que tarda la luz en desplazarse entre las estrellas; un acelerador recrea, aunque sea fugazmente, las condiciones que prevalecían en el Universo primitivo.

El acelerador de 200 kev diseñado en los años veinte por Cockroft y Walton reproducía algunos de los sucesos que ocurrieron alrededor de un día después del comienzo del big bang.

foto

        Aquel acelerador nada tenía que ver con el LHC de ahora, casi un siglo los separa

Los aceleradores construidos en los años cuarenta y cincuenta llegaron hasta la marca de un segundo. El Tevatrón del Fermilab llevó el límite a menos de una milmillonésima de segundo después del comienzo del Tiempo. El nuevo supercolisionador superconductor proporcionara un atisbo del medio cósmico cuando el Universo tenía menos de una billonésima de segundo de edad.

El Tevatrón del Fermilab ya estaba en el camino de la modernidad en los avances de la Física

Esta es una edad bastante temprana: una diez billonésima de segundo es menos que un pestañeo con los párpados en toda la historia humana registrada. A pesar de ello, extrañamente, la investigación de la evolución del Universo recién nacido indica que ocurrieron muchas cosas aún antes, durante la primera ínfima fracción de un segundo.

Todos los teóricos han tratado de elaborar una explicación coherente de los primeros momentos de la historia cósmica. Por supuesto, sus ideas fueron esquemáticas e incompletas, muchas de sus conjeturas, sin duda, se juzgaran deformadas o sencillamente erróneas, pero constituyeron una crónica mucho más aclaradora del Universo primitivo que la que teníamos antes.

                                               Recreación del Universo primitivo

 Bueno amigos, el trabajo era algo más extenso y entrábamos a explicar otros aspectos y parámetros implicados en todo este complejo laberinto que abarca desde lo muy grande hasta la muy pequeño, esos dos mundos que, no por ser tan dispares, resultan ser antagónicos, porque el uno sin el otro no podría exisitir. Otro día, seguiremos abundando en el tema apasionante  que aquí tratamos.

emilio silvera

¿Qué haríamos sin microbios?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Bioquímica    ~    Comentarios Comments (0)

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¿Sabías que estamos ligados genéticamente a nuestros amigos?
Veamos el artículo publicado en  El Español

Ciencia

Todo lo que les debemos a nuestros amigos los microbios

 

La Tierra alberga una inmensa variedad de “vida invisible” que la ciencia apenas está empezando a conocer y que en el futuro ofrecerá inmensas aplicaciones tecnológicas.

Imagen aumentada de E-Coli
                           Imagen aumentada de E-Coli Agricultural Research Service, EEUU
 

Microbios. Aunque no podamos verlos, somos muy conscientes de su existencia. Pero hasta hace apenas siglo y medio eran prácticamente desconocidos para la ciencia, hasta que Louis Pasteur y otros pioneros de la microbiología comenzaron a desvelar un mundo de vida invisible que está siempre presente a nuestro alrededor, sobre nosotros, incluso dentro de nosotros, y que suma más de la mitad de la biomasa del planeta.

Hoy se diría que los conocemos bien; hemos catalogado los beneficiosos, los indiferentes y los peligrosos. Contra estos últimos hemos obtenido, precisamente gracias a otros microbios, todo un arsenal de antibióticos que han conseguido reducir las enfermedades bacterianas a una preocupación de segundo orden en los países desarrollados. Empleamos jabones antibacterianos, e incluso calcetines antibacterianos. Comemos alimentos esterilizados y dominamos las reglas caseras para protegernos de sus estragos; hasta un niño sabe que una chuche caída al suelo debe desecharse porque se ha contaminado con bacterias.

 

 

 

Resultado de imagen de LOs microbios que conviven con nosotros

Y sin embargo, en este siglo XXI estamos descubriendo que nos falta mucho por saber de los microbios. Hace unos días nos sorprendía la noticia de que estábamos completamente equivocados respecto a la cantidad de habitantes bacterianos que albergamos en nuestro cuerpo. Durante décadas hemos manejado el dato de que las células microbianas en nuestro organismo superaban a las nuestras en una proporción de 10 a 1, una estimación elaborada por el microbiólogo Thomas Luckey en 1972 y que nadie se había preocupado de revisar.

Ahora lo ha hecho un equipo de investigadores de Israel y Canadá basándose en el conocimiento actual, y el resultado es que el cálculo de Luckey estaba pasado de rosca: el cuerpo de un hombre de 70 kilos, dice el nuevo estudio, está compuesto por unos 30 billones de células, y contiene unos 39 billones de bacterias. Es decir, que la proporción es solo de 1,3 bacterias por cada célula humana. Las cifras son tan similares, escriben los científicos, que “cada episodio de defecación, que excreta en torno a un tercio del contenido bacteriano del colon, puede desplazar la proporción a favor de las células humanas”. Así que ya lo sabe: usted es más usted después de ese rato íntimo en el baño.

Zombis bajo control bacteriano

 

 

Resultado de imagen de Bacterias en nuestra digestión

Cierto que este descubrimiento es más bien recreativo. En cambio, no lo son los hallazgos más recientes sobre lo que todas estas bacterias hacen por nosotros. Es bien conocido su papel en la digestión, así como las obvias repercusiones de esta función en el bienestar de nuestras tripas. Hasta tal punto nuestra salud depende de la flora microbiana que en los últimos años se ha popularizado una técnica terapéutica tan innovadora como escatológica (y que solo debe ser practicada por especialistas, pese a que algunos vídeos en YouTube pretendan instruir sobre el “hágalo usted mismo”): el trasplante fecal, consistente en repoblar el colon de un paciente con bacterias de una persona sana. Este método ha demostrado gran eficacia en el tratamiento de infecciones resistentes y actualmente se estudia también para la enfermedad inflamatoria intestinal.

Resultado de imagen de Bacterias en nuestra digestión

Pero lo que hasta hace unos años nadie podía sospechar es que las bacterias del tubo digestivo no solo mandan sobre nuestra salud intestinal. El descubrimiento de que ciertos microbios de la flora producen sustancias con efecto neurotransmisor, cuyo lugar natural de acción son las neuronas, fue en principio considerado como una extravagancia biológica. Hoy ya no lo es; por el contrario, es la base de lo que se ha llamado un nuevo paradigma de la neurociencia: el eje intestino-cerebro.

Las investigaciones recientes muestran que nuestro microbioma intestinal afecta a nuestro órgano sapiente, probablemente a través de mecanismos neuroendocrinos, y que esta insospechada conexión modula “el desarrollo cerebral y los fenotipos de comportamiento”, según una revisión sobre la materia. En concreto, dicen los científicos, “las alteraciones en el microbioma intestinal pueden desempeñar un papel fisiopatológico en enfermedades cerebrales humanas, incluyendo desórdenes del espectro autista, ansiedad, depresión y dolor crónico”.

El poder de nuestra flora intestinal no acaba ahí. Un estudio reciente ha descubierto que las bacterias digestivas controlan incluso nuestro apetito: cuando han obtenido suficientes nutrientes de nuestro almuerzo, producen proteínas que nos envían al cerebro una señal de saciedad; por increíble que parezca, en cierto aspecto somos como zombis bajo su control.

La momia de Ötzi, el hombre del hielo, también tiene valiosos microbios.
          La momia de Ötzi, el hombre del hielo, también tiene valiosos microbios.

Otras investigaciones han revelado que nuestro microbioma varía con ciertas medicaciones o con enfermedades como la obesidad, la diabetes o la anorexia, y que incluso viene determinado por el hecho de si nacemos por cesárea o parto. Se comprende así que el estudio de nuestros microbios es hoy un área pujante de investigación que ha inspirado ambiciosas iniciativas como el Proyecto Microbioma Humano, lanzado en 2008 por los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU.

Imagen relacionada

La investigación de nuestra vida interior no deja de sorprendernos. Los estudios han determinado que cada uno transportamos nuestra nube personal de microbios, como una huella dactilar microbiana, y que cada persona que visita nuestra casa nos deja como regalo 38 millones de bacterias por hora. Un beso apasionado de diez segundos transfiere de boca a boca unos 80 millones de bacterias; y lejos de resultar asqueroso, algunos microbiólogos sostienen que precisamente este podría ser el motivo por el que los humanos inventamos el beso. Los microbios ahora también pueden servir para determinar la hora y el lugar de un crimen, o para rastrear las antiguas migraciones humanas. Esto último se ha logrado analizando el microbioma de Ötzi, una momia de 5.000 años hallada en el hielo de los Alpes y que llevaba la bacteria Helicobacter pylori, causante de la úlcera gástrica.

Planeta bacteria

 

 

 

Un estudio  afirma que los seres vivos son más numerosos de lo que se creía

Pero naturalmente, fijarnos en nuestra propia flora es solo una minúscula parte de la historia. Los microbios están presentes desde el subsuelo de las fosas oceánicas hasta decenas de kilómetros de alturasobre nuestras cabezas. Los científicos calculan que cada mililitro de agua marina hospeda unos 100.000 microbios, y que un litro puede contener más de 20.000 especies bacterianas distintas.

“Yo calcularía que en la Tierra existen 1.000 millones de especies de bacterias y arqueas, y solo se han nombrado unas 15.000″, expone a EL ESPAÑOL Jonathan Eisen, microbiólogo de la Universidad de California en Davis. “Apenas hemos empezado a tener una ligera idea; hay millones de especies animales, cada una con su propia comunidad de microbios, pero no sabemos casi nada del 99,999% de esos microbiomas”. Una parte del problema a la hora de analizar todo este mundo invisible es que muchas de estas bacterias se resisten al cultivo: menos del 1% de las especies presentes en cualquier muestra crecen en el laboratorio por los métodos tradicionales.

Esta imagen de microscopio muestra algunas de las bacterias que habitan en la placa bacteriana de nuestras bocas.

 

 

 

 

Esta imagen de microscopio muestra algunas de las bacterias que habitan en la placa bacteriana de nuestras bocas.

En nuestro cuerpo viven unos 48 billones de bacterias, 60 billones de virus y varios miles de millones de hongos.

“Dentro del organismo humano conviven trillones de especies microscópicas, en su mayoría con funciones definidas que ayudan en muchos procesos de nuestro metabolismo o nos protegen de la acción de otros microorganismos que sí podrían resultar dañinos.

Se ha calculado que un humano tiene cerca de 37 billones (millones de millones) de células corpóreas y por cada una de ellas hay cerca de 1,3 bacterias, es decir, unas 48 billones. Esto sin contar el número de virus, que ronda en unos 60 billones. Además, en el cuerpo habitan varios miles de millones de hongos y millones de ácaros. Todos felices y contentos”, apuntó Edgardo Moreno, microbiólogo especialista en Inmunología, Microbiología Celular y Enfermedades infecciosas y miembro de la Academia Nacional de las Ciencias (ANC).”

 

Hay millones de especies animales, cada una con su propia comunidad de microbios, pero no sabemos casi nada del 99,999% de esos microbiomas

 

Por suerte para los microbiólogos, nuevas tecnologías han venido en su auxilio: la metagenómica consiste en secuenciar en masa el ADN presente en una muestra heterogénea, para después separar las secuencias de cada especie gracias a herramientas bioinformáticas avanzadas. Estas técnicas han permitido avanzar pasos de gigante: “Estamos inmersos en una revolución, pero solo estamos al comienzo de esa revolución”, apunta Eisen. Microbiólogos como Rob Knight, de la Universidad de California en San Diego, hablan de una “edad de oro” de la ciencia microbiana. “La caracterización química nos permite saber también qué están haciendo esos microbios”, señala Knight a EL ESPAÑOL.

Resultado de imagen de Knight y Eisen son dos de los responsables del Proyecto Microbioma Terrestre (EMP, en inglés)

          No somos conscientes de lo mucho que les debemos a estos pequeños “seres”

Knight y Eisen son dos de los responsables del Proyecto Microbioma Terrestre (EMP, en inglés), una colosal iniciativa lanzada en 2010 que reúne a 600 científicos de varios países con el fin de secuenciar unas 200.000 muestras tomadas de los rincones más dispares del planeta, para así obtener en torno a medio millón de genomas microbianos. “Queremos comprender las variaciones de las comunidades microbianas a lo largo de las escalas espaciales y temporales, y entender qué motiva estas variaciones”, dice Knight.

El director del EMP, Jack Gilbert, del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois (EEUU), explica a este diario que el conocimiento del microbioma terrestre equivale a comprender cómo funciona nuestro planeta: “Su papel global relevante es reciclar los nutrientes y los compuestos químicos; básicamente recirculan toda la materia y la energía de los ciclos globales”. En resumen, el objetivo del EMP no es ni más ni menos que secuenciar la Tierra.

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El EMP publicará sus primeros resultados globales a lo largo de este año. Sus responsables, que subrayanla necesidad de aunar esfuerzos para desarrollar nuevas tecnologías microbiológicas aún más punteras, estiman que en diez años podrán llegar las aplicaciones: microbios rediseñados por ingeniería genética que facilitarán avances revolucionarios en la medicina, la industria, la sostenibilidad ambiental o las fuentes renovables de energía, entre otros campos. Las posibles utilidades casi rayan en la ciencia ficción.

Actualmente se habla de bacterias oceánicas capaces de comerse el dióxido de carbono de la atmósfera para combatir el cambio climático; ya se estudia el uso de microbios para producir perfumes y fragancias, o incluso para generar electricidad a partir de la orina con el fin de cargar, por ejemplo, nuestros teléfonos móviles. El mundo de los microbios aún nos reserva extrañas y apasionantes sorpresas. “Y aún hay mucho por descubrir”, concluye Knight.

Moléculas vivas sorprendentes

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ciencia y Vida    ~    Comentarios Comments (0)

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En matemáticas se pueden trazar líneas precisas y concretas que dividan en dos clases entes de naturaleza matemática. Una estructura geométrica se puede suporponer o no a su imagen especular. Una estructura asimétrica puede tener una lateralidad a la derecha o bien a la izquierda.

Cualquier número entero positivo es par o impar, y no hay ninguno de tales números para el cual su situación  a este respecto ofrezca la menor duda. Pero en el mundo, si exceptuamos el nivel subatómico de la teoría cuántica, las lineas divisortias son casi siempre difusas. El alquitrán, ¿es sólido o líquido?. Lo cierto es que, la mayoría de las propiedades físicas se “mueven” en un espectro continuo que hace que vayan cambiando de manera imperceptible de un extremo a otro del mismo.

El paso del tiempo convierte en líquido, gas o sólido algunos materiales y, a otros, los deforma hasta perder su estructura original para convertirmos en lo que antes no eran. Nada permanece, todo cambia. Sea cual fuere la línea de división, habrá algunos casos en los que no podamos definirla y, en otros, habrá objetos tan próximos a ella que el lenguaje ordinario no será lo suficientemente preciso como para poder afirmar a qué lado pertenece. Y, la propiedad de la vida, está, precisamente, en uno de esos continuos.

Para porbar esto basta que consideremos los virus: son las estructuras biológicas más pequeñas que se conocen  con la propiedad de poder “comer” (absorber sustancias situadas en sus proximidades), crecer y fabricar copias exactas de sí mismas.

Son mucho más pequeños que una bacteria (en realidad, algunos virus infectan las bacterias) y pasan sin dificultad a través de un filtro de porcelana fina que, aunque a nosotros nos parezca que está completamente sellada y su superficie es totalmente hermética y lisa, para ellos, tan “infinitamente” pequeños, ofrece miles de huecos por los que poder colarse.

Nuevas grabaciones en vídeo de un virus que infecta a las células sugiere que los virus se expanden mucho más rápido de lo que pensábamos. El descubrimiento de este mecanismo permitirá crear nuevos fármacos para hacer frente a algunos virus. En la punta de un alfiler caben millones de ellos. De hecho, los virus tienen el tamaño de una décima de micrómetro (diezmillonésima parte del metro).

Resultado de imagen de Un gramo de materia

El mundo de lo muy pequeño es fascinante y, por ejemplo, si hablamos de átomos, se necesitarían aproximadamente una cantidad para nosotros inconmensurable de átomos (602.300.000.000.000.000.000.000) para lograr un solo gramo de materia. Fijáos que hablamos de lo pequeño que pueden llegar a ser los virus y, sin embargo, el Hidrógeno con un sólo protón es el átomo más ligero y su masa es 400.000 veces menor que la masa de un virus, como antes dije, el organismo vivo más pequelo que se conoce. El virus más diminuto conocido mide unos o,00000002 m; su tamaño es 2.000 veces mayor que el del átomo. Y, en la punta del algiler que antes mencionamos cabrían 60.000.000.000 (sesenta mil millones) de átomos.

          Bombardeando rayos X podemos verlos

Como los virus son menores que la longitud de onda de la luz, no pueden observarse con un microscopio luminoso ordinario, pero los bioquímicos disponen de métodos ingeniosos que les permiten deducir su estructura, ya que pueden verlos mediante bombardeos con rayos X u otras partículas elementales.

En ralidad, se puede decir que un cristal “crece”, pero lo hace de un modo ciertamente trivial. Cuando se encuentra en una solución que contiene un compuesto semejante a él, dicho compuesto se irá depositando sobre su superficie; a medida que esto ocurre, el cristal se va haciendo mayor, pero el virus, igual que todos los seres vivos, crece de una manera más asombrosa: toma elementos de su entorno, los sintetiza en compuestos que no están presentes en el mismo y hace que se combinen unos con otros de tal manera que lleguen a dar una estructura compleja, réplica del propio virus.

Los virus sólo se multiplican en células vivientes. La célula huésped debe proporcionar la energía y la maquinaria de síntesis, también los precursores de bajo peso molecular para la síntesis de las proteínas virales y de los ácidos nucleicos. El ácido nucleico viral transporta la especificidad genética para cifrar todas las macromoléculas específicas virales en una forma altamente organizada.

El poder que tienen los virus de infectar, e incluso matar, un organismo, se debe precisamente a esto. Invade las células del organismo anfitrión, detiene su funcionamiento y lo sustituye, por decirlo de alguna manera, por otros nuevos. Ordena a la célula que deje de hacer lo que normalmente hace para que comience a fabricar las sustancias necesarias para crear copias de sí mismo, es decir, del virus invasor.

El primer virus que se descubrió, y uno de los más estudiados, es el virus sencillo que produce la “enfermedad del mosaico” en la planta del tabaco. Cristaliza en forma de barras finas que pueden observarse a través del microscopio electrónico. Recientemente se ha descubierto que cada barra es, en realidad, una estructura helicoidal orientada a la derecha, formada por unas 2.000 moléculas idénticas de proteína, cada una de las cuales contiene más de 150 sub-unidades de aminoácidos.

Las moléculas de proteínas se enrollan alrededor de una barra central imaginaria que va de un extremo a otro del cristal. Sumergido en la proteína (y no en la parte central, como podría pensar un estudiante) hay una única hebra helicoidal, enroscada hacia la derecha, de un compuesto de carbono llamado ácido nucleico. El ácido nucleico es una proteína, pero igual que éstas es un polímero: un compuesto con una molécula gigante formada por moléculas más pequeñas enlazadas de manera que formen una cadena.
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Un polímero es una macromolécula en la que se repite n veces la misma estructura básica (monómero). En el caso del hule, las cadenas pueden tener desde n=20 000 hasta n=100 000.  Uno de los acontecimientos más sobresalientes en la historia de los polímeros fue sin duda el descubrimiento de la vulcanización del hule, hecho por Charles Goodyear en 1839. En 1851, su hermano Nelson patentó el hule duro llamado ebonita, que es un polímero termoestable, utilizado durante mucho tiempo para peines, cajas de baterías y prótesis dentales.
          Situación del ADN dentro de una célula eucariota

Animación de parte de una estructura de ADN de doble hélice

 

La doble hélice del ADN consiste en dos polinucleótidos enlazados a través de puentes de hidrógeno entre bases de cada cadena. b) Una timina de un lado se une con una adenina del otro. c) Una citosina con una guanina. Las unidades menores , llamadas nucleótidos están constituidas por átomos de Carbono, Oxñigeno, Nitrógeno, Hidrógeno y Fósforo; pero donde las proteínas tienen unas veinte unidades de aminoácidos, el ácido nucleico tiene solamente cuatro nucleótidos distintos. Se pueden encadenar miles de nucleótidos entre sí, como lo hacen las subunidades de aminoácidos de las proteínas en una variedad practicamente infinita de combinaciones, para formar cientos de miles de millones de moléculas de ácido nucleico. Exactamente igual que los aminoácidos, cada nucleótido es asimétrico y orientado a la izquierda. A causa de ello, la espina dorsal de una molécula de ácido nucleico, igual que la de una molécula de proteína, tiene una estructura helicoidal orientada hacia la derecha.
Recientemente se han descubiertos unas moléculas sorprendentes con irregularidades en su quiralidad. Por ejemplo, existen segmentos anómalos de ADN que se enroscan al reves. Este ADN “zurdo” se halló por primera vez en un tubo de ensayo, pero en 1987 se ideó un procedimiento para identificar dichos segmentos anómalos en células vivas. El papel del ADN invertido no está claro, y pudiera estar implicado en los mecanismos que ponen en marcha mutaciones que nos lleven a ser hombres y mujeres del futuro con otros “poderes” que vayan más allá para que, de esa manera, podamos llegar a comprender la Naturaleza de las cosas y, en definitiva, nuestra propia naturaleza que, de momento, sigue siendo un gran misterio para nosotros.
Resultado de imagen de Carbono asimétrico
Esta cosita tan pequñita… ¡tendría tanto que contarnos! La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.
Lo cierto es que todo está hecho de esas pequeñas partículas… Quarks y Leptones. Las estudiamos y observamos los comportamientos que en situaciones distintas puedan tener y, una de las cuestiones que resultó curioso constatar es que,   existen partículas subatómicas que podríamos llamar pares y otras que podríamos llamar impares, porque sus combinaciones y desintegraciones cumplen las mismas propiedades que la suma de enteros pares e impares. Una partícula de paridad par puede partirse en dos de paridad par, o en dos de paridad impar, pero nunca en una de paridad par y otra de paridad impar (esto implica la conservación de la paridad).
Y, de la misma manera que existen principios de ocnservación para la paridad, el momento angular, la materia…, también es un hecho irreversible ese principio que nos lleva a saber que, a partir de la materia “inerte”, surgieron los “seres” más pequeños que conocemos y que hicieron posible el surgir de la inmensa variedad de formas de vida que la evolución hizo llegar hasta nosotros que, estamos aquí hablando de todas estas cuestiones curiosas que nos llevan a saber, un poco más, del mundo en el que vivimos, de la Naturaleza y, de nosotros.
emilio silvera