domingo, 26 de enero del 2020 Fecha
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Biología

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Biologia    ~    Comentarios Comments (1)

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EL PAÍS

 

Una nueva técnica genómica descubre funciones vitales entre los billones de bacterias que viven en nuestro intestino

 

 

Un cultivo de la bacteria E. coli.

             Un cultivo de la bacteria E. coli. CHRISTIAN CHARISIUS AFP/Getty Images

El microbioma (conjunto de microbios que viven en el intestino humano) se ha estudiado hasta ahora aislando y cultivando bacterias por las técnicas convencionales, lo que tiene el problema de que solo algunas bacterias crecen en cultivo. Ahora, el Proyecto Microbioma Humano usa un enfoque metagenómico, consistente en extraer todo el ADN y secuenciarlo en masa, al estilo de lo que se lleva haciendo unos años con el agua de mar. Los científicos empiezan a descubrir así las enzimas y rutas metabólicas que son importantes para los humanos, sobre todo para generar aminoácidos, los componentes de las proteínas.

La investigación del microbioma no solo tiene un interés básico. La composición de nuestras bacterias intestinales afecta a la maduración del sistema inmune humano, y es un factor relevante en el desarrollo de las enfermedades no solo gastrointestinales, sino también cardiovasculares. Sus relaciones con el cáncer y la diabetes están sometidas a investigación activa.

Resultado de imagen de enzimología genómica

Todo esto quedó atrás y vamos hacia el futuro de la Biología

Emily Balskus y su grupo del departamento de biología química de la Universidad de Harvard, junto a colegas del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts, también en Boston) y el Instituto Broad, uno de los nodos del proyecto genoma, han desarrollado una nueva técnica llamada enzimología genómica, y presentan sus resultados en Science.

Como todo en biología, las enzimas (proteínas que catalizan reacciones químicas) se agrupan en superfamilias, o grandes grupos de decenas de miles de enzimas relacionadas por su origen común. También suelen compartir aspectos de su mecanismo, pero solo en un sentido profundo de su lógica química que no revela de inmediato su función metabólica concreta, su lugar exacto en el laberinto de reacciones que conforma la cocina de cualquier célula viva. Balskus y sus colaboradores han logrado utilizar los datos masivos del metagenoma de 378 personas, y las poderosas matemáticas de la genómica, para averiguar la función exacta de las enzimas más importantes. Esa es la nueva enzimología genómica.

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Los investigadores han logrado utilizar los datos masivos del metagenoma de 378 personas, y las poderosas matemáticas de la genómica, para averiguar la función exacta de las enzimas más importantes

 

La técnica funciona de manera similar a la construcción de un árbol genealógico, y produce redes de similitud de secuencia (sequence similarity networks, SSN). Al igual que el ADN, las proteínas son textoso secuencias, que se pueden comparar entre sí como dos frases o dos cadenas de números. Los algoritmos de comparación generan árboles evolutivos, donde cada rama agrupa unas secuencias tan similares que es muy probable que tengan la misma función. Luego hay que comprobarlo por métodos bioquímicos convencionales, pero la enzimología genómica focaliza mucho el problema hasta hacerlo tratable.

Resultado de imagen de El aparato digestivo esta lleno de bacterias

      El aparto digestivo está repleto de ellas. Los bebes nacen ya colonizados

Hay otra peculiaridad de las bacterias que resulta de suma utilidad. Los genes de las enzimas con funciones relacionadas, como las que catalizan sucesivas reacciones de la misma ruta metabólica, están a menudo contiguos en el genoma. Conociendo algo de una ruta metabólica, esto da una pista importante sobre la función de cualquiera de ellas.

Para explicar el hallazgo principal de los científicos de Boston, hay que utilizar un poco de nomenclatura bioquímica, que no es el más atractivo de los géneros literarios. Una de las enzimas clave, hasta ahora desconocida, interviene en la ruta metabólica que produce la L-prolina, un aminoácido fundamental en las proteínas: la enzima se alimenta de un compuesto llamado trans-4-hidroxiprolina, lo deshidrata y lo pone en condiciones de generar la L-prolina. Balskus y sus colegas han comprobado que esa enzima es universal en los microbiomas de todas las personas analizadas.

“El metabolismo de la prolina”, escribe en un comentario Margaret Glasner, del departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad de Texas A&M, “puede ser un nexo importante entre el microbioma del intestino y la salud humana, porque el metabolismo de ese aminoácido se asocia en humanos con el cáncer y con las respuestas celulares al estrés”.

Nuestra química más fundamental

Resultado de imagen de La química de las enzimas

El trabajo abre perspectivas inexploradas hasta ahora. La enzima de la prolina es la más importante caracterizada, pero es miembro de una superfamilia, muchos de cuyos miembros son también ubicuos en todos los metagenomas analizados. Y la técnica, por otra parte, puede utilizarse para descubrir enzimas en otros contextos, como los suelos contaminados y los ambientes extremos.

Resultado de imagen de El microbioma humano se ha revelado en los últimos tiempos como un colaborador necesario de nuestra química más fundamenta

El microbioma humano se ha revelado en los últimos tiempos como un colaborador necesario de nuestra química más fundamental. Sin él, de hecho, no seríamos seres vivos autónomos. Nuestras bacterias nos ayudan a metabolizar (transformar) los componentes de la dieta que nosotros no sabemos digerir; sintetiza nutrientes y vitaminas esenciales para el funcionamiento de nuestras células (las vitaminas suelen ser coenzimas, o factores que las enzimas necesitan para su funcionamiento); y gestiona compuestos cuyas combinaciones afectan a la salud. La propensión a la obesidad, por ejemplo, tiene relación con la composición del microbioma.

El Proyecto Microbioma Humano es una iniciativa de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) de Estados Unidos, la locomotora de la investigación biomédica pública mundial. Aunque se fundó en 2008 con fondos (115 millones de dólares) para cinco años, sus muestras y resultados siguen siendo una fuente de exploración, como muestra la investigación actual. Su objetivo es el estudio exhaustivo de las bacterias del intestino, sobre todo en relación con las condiciones patológicas. También incluye las bacterias de la boca, la nariz, la piel y la vagina.

¿Que es la Vida? ¿Dónde reside su origen?

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

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                                    La Gran Fuente Prismática del Parque Nacional Yellowstone

Ciertamente, y así lo hemos podido constatar, en casi todos los rincones y grietas de este viejo mundo podemos encontrar formas de vida de una u otra conformación y están presentes en mil ambientes dispares y antagónicos, se nos presentan llenas de vida en una fantástica variedad de tamaños, formas, colores, sonidos  y olores. No pocas veces nos hemos preguntado aquí y se preguntaron sabios de la atigüedad: ¿Cómo empezó todo? ¿Evolucionaron todos los seres vivos a partir de una única molécula que contenía carbono, o a partir de varias moléculas diferentes, formadas sobre la Tierra con independencia las unas de otras? Claro que también está la posibilidad de que el germen de la vida, vieniera del espacio exterior en forma de esporas que aquí pudieron germinar. Lo cierto es que nadie puede decir que conoce la respuesta.
Resultado de imagen de Nuevas estrellas y nuevos planetas
Lo único que tenemos claro es la importancia de estrellas y planetas y las transiciones de fase que se producen en la materia para llegar a poder alcanzar el nivel que conocemos como formas de vida que, sin importar en qué fase se puedan encontrar las distintas variedades, todas ellas, de alguna u otra manera, son motivo de asombro por las maravillas que para poder seguir viviendo en nuestro mundo, tienen que realizar llevando a cabo adaptaciones al medio que nos resultan inimaginables y, de tal manera es así que, sabiendo eso, sería una locura negar la presencia de vida en otros mundos.
Por primera vez en la Historia se ha podido acumular información suficiente en los ámbitos de la Biología, la Química y la Física y, no podemos dejar de lado la Geología,  que nos dan argumentos muy serios para justificar especulaciones muy firmes sobre el origen de la vida y, también, en los lugares que la podríamos encontrar.
Los tipos comunes de la tierra incluyen las aguas termales, las fumarolas y los géiseres. Relativo a las dimensiones del mar profundo, las áreas alrededor de las fuentes hidrotermales son biológicamente productivas, a menudo hospedando comunidades complejas alimentadas por los químicos disueltos en los fluidos que emiten.
La mayoría de los Bioquímicos y Geólogos de hoy están convencidos de que la vida sobre la Tierra empezó, hace algunos miles de millones de años, con la aparición en sus primitivos mares de una o más moléculas que contenían carbono, de algo parecido al ácido nucleíco, combinado tal vez con algo semejante a una proteína, y capaz de autoduplicarse. La aparición de dicha molécula (o moléculas) no requiere, según piensan estos científicos, la intervención de ningún poder sobrenatural, sino que es, un mecanismo de la Naturaleza que desemboca en esa inimaginable maravilla. Se puede explicar de manera muy satisfactoria mediante la aplicación de las leyes se la Física, combinadas con las leyes matemáticas del Azar, de probabilidades posibles dentro de los muchos multi-escenarios presentes en una inmensa diversidad que ofrece el Universo.
No podemos evitar (aunque me gustaría) que este punto de vista disguste a cierto númerode creyentes religiosos que creen, de manera ciega imbuida por la fe profunda que profesan, que fue un Creador, el que hizo posible la presencia de la vida en la Tierra, y, para ellos dejo constancia aquí de mi profundo respeto hacia esos pensamientos que, aunque no compartidos, si en cambio son por mí comprendidos.
Resultado de imagen de Hace millones de años llegó la revolución del oxigeno a la Tierra

En algún momento del pasado de la Tierra, estimado en aproximadamente 2.500 – 3.500 millones de años, tuvo lugar lo que denominamos revolución oxigénica, durante la cual las cianobacterias produjeron tanto oxígeno que la atmósfera y los océanos quedaron literalmente saturados de este nuevo compuesto químico. Tal producción de oxígeno afectó drásticamente a la biósfera del planeta. Antes de la revolución oxigénica, pocos organismos estaban adaptados para vivir en presencia de oxígeno abundante; las moléculas de oxígeno actuaban como un veneno, reaccionando con las moléculas orgánicas complejas y degradándolas. Debido a esto, la mayor parte de la vida existente en ese momento debió quedar exterminada; las cianobacterias serían responsables de una gran extinción masiva.

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Por otro lado, los elevados niveles de oxígeno que se acumularon en la atmósfera dieron como resultado una capa de ozono, de vital importancia para la vida como la conocemos ahora. El ozono filtra los perniciosos rayos ultravioletas, que tienen un efecto especialmente perjudicial para los ácidos nucleicos, impidiendo que lleguen a la superficie de la Tierra. Si lo miramos desde esa perspectiva, es muy probable que el desarrollo de la vida fuera de los océanos y más aún, de toda la vida como la conocemos, incluso la nuestra, haya sido posible solo gracias a la capa de ozono, y por ende, a las cianobacterias que aportaron el abundante oxígeno para generarla.

En los lugares más inhóspitos, donde materiales pesados contaminan las aguas, donde el PH es tan alto que imaginar la presencia de vida sería imposible… Y, sin embargo, ahí está presente, se nutre de minerales y consume veneno. Sin embargo, clases de vida son que, deja sin argumento a los posibles detractores de la vida en lugares remotos del espacio exterior. Si la vida está aquí ?qué motivos podemos esgrimir negar su presencia en otros lugares de parecido corte? Si la Naturaleza ha creado un mundo lleno de partículas subatómicas y ondas que funcionan obedeciendo a las leyes fundamentales y matemáticas-físicas de un universo en expansión evolutiva, ¿quién puede asegurar que, de la misma manera, no haya creado los mecanismos necesarios que, de la misma que se forman estrellas en las Nebulosas, se puedan formar toda clase de formas de vida en los mundos que las orbitan?
Resultado de imagen de Seres vivos minúsculos en los lugares más inhospitos
En realidad, nosotros, simplemente somos una pequeña ramita del árbol de la vida. Hoy en día, es defícil encontrar algún bioquímico o geólogo, incluso entre los religosos (que no sean fanáticos), que pueda abrigar la menor duda acerca de las lineas maestras de la teoría de la evolución. Existen discrepancias en los detalles, pero ninguna sobre los aspectos generales y esenciales. Cuando un organismo vivo produce una copia de sí mismo, ésta es casi siempre perfecta, pero no lo es en todos los casos. Existen agentes exteriores que pueden, de alguna manera, incidir en la presentación de anomalías si inciden sobre el nucleo de la hélice del ácido nucleico de algún de radiación (como la luz ultravioleta que proviene del Sol, los rayos cósmicos, o la radiación que procede de sustancias radiactivas de la propia Tierra) que hace que sus átomos queden dispuestas de manera ligeramente diferentes y sean proclives a la mutación.
No todas las mutaciones son perjudiciales y, cuando son beneficiosas, el mutante y su descendencia tienen las mejores posibilidades de supervivencia. Así, la “selección naturtal” produce cambios que permanecen durante largos períodos de tiempo, y dan lugar a la aparición de nuevas especies que se adaptan al entorno cambiante que exige, de esas mutaciones. La evolución es, sencillamente, el proceso por el cual el “Azar” -mutaciones aleatorias- coopera con la leyes de la Naturaleza para formas de vida mejores y mejor adaptadas al medio que nunca será permanente y, si los seres vivos no cambias: ¡Les espera la extinción!
           Los componentes de la vida están esparcidos por todo el Universo
Claro que, si creemos que la vida es ciudadana del universo sin fronteras, no debemos perder de vista la Panspermia, esas esporas viajeras que llegan a los mundos y en ellos, se posan y dejan pasar el tiempo para que, las condiciones locales, las radiaciones exteriores y propias del lugar, hagan su trabajo para que, con el tiempo suficiente por delante, puedan emerger y crecer hasta llegar a conformar seres con ideas y pensamientos. Como nos decía Einstein: “El Universo es igual en todas partes”. Y, si eso es así (que lo es), en todas las regiones del universo por muy alejadas que éstas puedan estar, rigen las mismas leyes y fuerzas fundamentales, brillan las estrellas de la secuencia principal de la misma manera para dar luz y calor a los mundos que, en las apropiadas condiciones, albergaran las formas de vida que su entorno pueda permitir.
La explosión de una estrella masiva, al final de su ciclo en la secuencia principal, hace que aparezca lo que conocemos como Supernova. El material exterior de la estrella primitiva sale eyectado al espacio interestelar a una velocidad apreciable y forma una Nebulosa de incluso años luz de diámetro. Los materiales sencillos y simples se convierten, en ese proceso, en materiales complejos y más pesados. La estrella origen del suceso, según sea su masa primitiva, será una estrella de Neutrones o un agujero negro. Los remanentes que podremos ver muchos años después del suceso, serán filamentos de plasmacreados por diversos elementos.
De la misma manera que las estrellas se transforman, también ocurre, de forma similar, con la materia inerte que, bajo ciertas condiciones  especiales, puede llegar a transformarse en materia viva. El salto es descomunal. ¡Desde la materia inerte a los pensamientos!
Mirando este gráfico sobre la evolución de la vida en nuestro planeta y observando nuestra muy reciente aparición en la historia de este proceso, hemos llegado al surgir de la vida -en el contexto temporal del universo- hace muy poco tiempo, y, sin embargo, nos hemos apropiado del planeta y nos creemos los “reyes del mundo”, en realidad, somos un eslabón más en la evolución de la vida. ¿Qué vendrá después de nosotros?
             Nuestra ignorancia nos llevó siempre a especular con el origen de la vida en nuestro planeta
Podemos concluir diciendo que, hace 5.000 millones de años nacía nuestra estrella, el Sol. Luego, hace 4.600 millones de años se formaron planetas, entre ellos nuestra querida Tierra. Según el fósil, la vida se origino poco después, hace aproximadamente 4.000 millones de años. Los relámpagos y la luz ultravioleta del Sol descomponían las moléculas ricas en hidrógeno de la atmósfera, estas a su vez se reorganizaban espontáneamente produciendo moléculas más y más complejas convirtiendo a los mares primitivos en una verdadera sopa orgánica. Los cometas, asteroides y meteoritos aportaron mucha agua y muchos compuestos químicos orgánicos que fueron esenciales para el posterior desarrollo de la vida en la Tierra. Algunos científicos especulan inclusive que las primeras formas de vida en nuestro planeta, las bacterias, llegaron transportadas en el interior acuoso de los cometas. Otra posibilidad que no se puede ignorar es que esas primeras bacterias hallan llegado a bordo de meteoritos provenientes de Marte en épocas en las cuales el planeta rojo era muy parecido a la Tierra.

La Tierra desde el espacio

Mientras seguimos investigando sobre lo que la vida es, amigos míos, procuremos preservar su cuna: ¡La Tierra! Este “mar” de tranquilidad y perfecta simetría en el que se producen los precisos sucesos para que todo siga igual. Movimientos tectónicos, erupciones volcánicas, terremotos…Todo tiene un por qué y, me estoy oliendo que ese por qué, tiene mucha relación con el hecho de que la Vida, siga presente aquí, en un planeta privilegiado que, situado en la parte interior del Brazo de Orión, a 30 000 años-luz del Centro Galáctico, hace posible que eso que llamamos vida, persista y siga evolucionando para que observe el Universo y llegue a comprenderlo.

¡Cuánto trabajo nos queda por delante!

La pregunta que nos ha llevado siempre de cabeza en relación al Origen de la Vida, no ha podido ser contestada todavía con la certeza científica que todos deseamos. Mucho se ha investigado y los avances y logros del conocimiento humano sobre lo que la vida es, ha dado un gran paso hasta el punto de que en la actualidad podemos estar seguros de muchas cosas relacionadas con la vida y, continuamos uniendo los hilos y atando los cabos sueltos que nos lleven a saber cómo pudo surgir la vida en nuestro planeta y, sobre todo, comprender los procesos que durante miles de años se han producido con ayuda de agentes externos para que, esa evolución, fuese posible.

Desde que el Ser Humano comenzara a pensar, siempre ha estado de actualidad la temática y la inquietante pregunta: ¿De dónde y cómo pudo surgir la vida en nuestro planeta? Desde las brumas de la mitología, hasta los orígenes de la Ciencia hemos estado batallando con esa inquietante pregunta y, según creo, así seguiremos hasta la consumación de los siglos, toda vez que, mientras no lleguemos al nivel más alto que la vida tiene destinado, es decir, ¡convertirse en pura luz! ¡Fundirse con la energía del universo! Hasta entonces, no llegaremos a comprender lo que la vida es.

emilio silvera

¿La biología en la Tierra? ¡Una maravilla!

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

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Hablamos de Agujeros de Susano y otros temas similares, o, de Universos paralelos, siempre pensando en que el nuestro, nuestro Universo y primero nuestro mundo, llegará a su fin. Es necesario que los científicos piensen en estas cosas para solucionar los problemas del futuro y cuándo llegue el momento, salir de las encrucijadas a las que, irremediablemente, estamos destinados.

La gente corriente no piensa en estas cuestiones; su preocupación es más cercana y cotidiana, la hipoteca del piso o los estudios de los niños y, en la mayoría de los casos, lo “importante es el fútbol” para evadirse dicen algunos. Es una lástima, pero así son las cosas. No se paran ni a pensar cómo se forma una estrella, de qué está hecha y por qué brilla. Nuestro Sol, por ejemplo, es una estrella mediana, amarilla, del Grupo G-2, ordinaria, que básicamente consume hidrógeno y como en el Big Bang original, lo fusiona en helio. Sin embargo, puesto que los protones en el hidrógeno pesan más que en el helio, existe un exceso de masa que se transforma en energía mediante la fórmula de Einstein E = mc2. Esta energía es la que mantiene unidos los núcleos. Esta es también la energía liberada cuando el hidrógeno se fusiona para crear helio. Esta, al fin, es la razón de que brille el Sol.

Se denominan autótrofos por que generan su propio alimentos, atraves de sustancias inorgánicas para su metabolismo. Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos.

Los órganos autótrofos son los que producen el alimento de esos seres. Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimenticia, ya que absorben la energía solar o fuentes inorgánicas como el dióxido de carbono y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos llamados heterótrofos que los utilizan como alimento. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas procede en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas. también se pueden clasificar en: fotosintéticos y quimiosintéticos.

Resultado de imagen de Seres autótrofos

Los seres autótrofos siguen dos vías diferentes para transformar la biomasa que ingieren en los compuestos complejos de los que se componen sus tejidos. Esta transformación puede ser mediante fermentación anaeróbica o a través de respiración aeróbica. La primera vía se restringe a las células procariotas simples, como las fermentadoras, las bacterias metanogénicas y los hongos Ascomycota responsables de la fermentación del etanol (alcohol etílico). La segunda vía se hizo posible a partir del momento en que la cantidad de oxígeno atmosférico, generado por los vegetales, alcanzó un nivel suficientemente alto como para que algunos seres procariotes pudieran utilizar la respiración aeróbica para generar trifosfato de adenosina más eficientemente que por fermentación. Desde un punto de vista energético, la oxidación es claramente ventajosa. Así, por cada mol de glucosa se liberan 197 KJ por fermentación en ácido láctico, 232 KJ por fermentación alcohólica y 2’87 MJ por la oxidación completa, lo que representa para esta última una ganancia que está comprendida entre 12 y 14 veces.

Reino Monera (Bactérias, Cianobactérias)

Está formado por bacterias y cianobacterias (algas azules). Pueden vivir en diversos lugares, tales como agua o aire y en el interior de los animales y plantas como parásitos. La mayoría de sus representantes son heterótrofas (no pueden producir su propio alimento), pero también hay algunas autótrofas (producen sin alimentos, por ejemplo a través de la fotosíntesis). Existen también bacterias aerobias es decir, que necesitan oxígeno para vivir, el requisito de anaerobios, que no pueden vivir en presencia de oxígeno, y anaerobios facultativos, que pueden vivir tanto en ambientes oxigenados como en ambientes no oxigenados. La forma física de las bacterias pueden ser de cuatro tipos: cocos, bacilos, vibriones y espirilos. Los cocos pueden unirse y formar colonias. Grupos de dos cocos forman diplococos, alineados forman estreptococos y en grupos forman una infección de estafilococos.

Por ser los seres vivientes más primitivos en la Tierra, son también los que están en mayor número. Por ejemplo, en un gramo de tierra fértil pueden haber cerca de 2,5 mil millones de bacterias, en hongos 400.000 y en algas y protozoos entre 30.000 y 50.000.

Con un microscopio electrónico podremos llegar muy lejos en el universo de lo muy pequeño.

La importancia de las bacterias

 

 

Las bacterias también tienen su importancia en el medio ambiente, así como cualquier ser vivo. Describamos algunos papeles fundamentales.

  • Descomposición: Actúan en el reciclaje de la materia, devolviendo al ambiente moléculas y elementos químicos para ser re-utilizados por otros seres vivos.
  • Fermentación: algunas bacterias se utilizan en las industrias para producir yogurt, queso, etc (lácteos).
  • Industria farmacéutica: para la fabricación de antibióticos y vitaminas.
  • Industria química: para la producción de alcoholes como el metanol, etanol, etc.
  • Genética: mediante la alteración de su ADN, podemos hacer productos de interés para los seres humanos, como la insulina.
  • Determinación de nitrógeno: permite eliminar el nitrógeno del aire y tirado en el suelo, que sirve como alimento para las plantas.
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                                                                   Organismos autótrofos acuáticos

Todo eso es posible como consecuencia de que en el núcleo de un átomo existen fuerzas (fuerzas nucleares) que mantienen los protones y neutrones ligados. Estas fuerzas deben ser suficientemente grandes para contrabalancear las repulsiones eléctricas resultantes de la carga positiva de los protones. La Simetría que está presente en los átomos hace que, la evolución bioquímica hiciera posible la presencia de estos infinitesimales seres que, evolucionaron hasta lo que hoy podemos ver a nuestro alrededor.

Los nutrientes necesarios para el metabolismo de tipo heterótrofo proceden de la digestión de los tejidos vegetales o de otros heterótrofos. En el metabolismo heterótrofo hay notables regularidades orgánicas. Entre ellas destaca claramente el hecho de que al representar en un gráfico logarítmico la tasa metabólica basal (TMB), – metabolismo mínimo cuando el animal se encuentra en reposo absoluto – frente al peso, los resultados relativos a los animales comprendidos entre el ratón y el elefante se dispongan a lo largo de una línea recta.

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             Representación de Kleiber del metabolismo basal de los mamíferos desde el ratón al elefante.

Foto de elefante

Esta dependencia lineal en un gráfico logarítmico fue descubierta por Kleiber en 1.932, y muestra que, si representamos las TMB en vatios y el peso, p, en kilogramos, la dependencia funcional entre ambas magnitudes es 3’52 p0’74. Si en vez del peso, se representa la TMB frente a la superficie corporal de los animales, el exponente de Kleiber es 0’67, que es el valor que se había supuesto anteriormente. Las medidas posteriores de la TMB en cientos de especies han confirmado la primera dependencia funcional que ha sido redondeada en 1.961 por el propio Kleiber, en 3’4 p0’75 (en W).

Aunque aún no se ha encontrado una explicación definitiva de la razón de esta ley de potencia con exponente ¾, el análisis de los requerimientos mecánicos de los cuerpos animales dan una buena pista. Con criterios elásticos se deduce que el cubo de la longitud crítica de rotura de los huesos varía linealmente con el cuadrado del diámetro (d) de la sección de los mismos, que a su vez, es proporcional a p3/8. La potencia muscular es proporcional al área de su sección transversal (esto es, proporcional a d2), y por tanto, la forma funcional de la potencia máxima se expresa como (p3/8)2, o lo que es lo mismo, p0’75.

Una explicación aún más fundamental se basa en la geometría y en la física de la red vascular necesaria para distribuir los nutrientes y eliminar los materiales de desecho del cuerpo de los animales. Estas redes que llenan el espacio, son fractales que determinan las propiedades estructurales y funcionales de los sistemas cardiovasculares y respiratorios, y de sus propiedades se deduce que el metabolismo total de los organismos escala con su masa elevada a la potencia ¾

El sistema respiratorio de los Vertebrados, al igual que el circulatorio, está muy perfeccionado y adaptado para aportar la energía necesaria a los tejidos de los animales homeotermos, de forma que les permita resistir en condiciones desfavorables

El exponente de Kleiber tiene una consecuencia importante para los organismos con TMB específica (la TMB dividida por el peso corporal) decrecientes. Esta relación limita el tamaño mínimo de los animales homeotermos y facilita que las grandes criaturas puedan sobrevivir en condiciones ambientales adversas. La ingesta diaria de néctar de un pequeño colibrí es equivalente a la mitad del peso de su cuerpo (para los seres humanos, la comida diaria representa alrededor del 3% del peso corporal), y los animales de sangre caliente, de tamaño menor que un colibrí, tendrían que estar comiendo continuamente para poder compensar las rápidas pérdidas de calor.

Resultado de imagen de El rinoceronte

En el otro extremo, los grandes mamíferos pueden pasar varios días sin alimentarse, recurriendo a las reservas de grasa acumuladas para mantener su bajo metabolismo durante periodos de hibernación relativamente largos.

Los casos de separación de la tendencia general ilustran varios modos de adaptación al medio. Para regular térmicamente su cuerpo en agua fría, la TMB de las focas y las ballenas es el doble de las de otros animales de su tamaño. Los mamíferos del desierto, con sus bajas TMB, se han adaptado a los periodos de carencia de alimentos y a la escasez recurrente o crónica de agua.

En su colonización del medio terrestre, los cambios evolutivos de los primeros habitantes del medio acuático derivaron en extremidades locomotoras pentadáctilas con adaptaciones específicas, tales como las manos desgarradoras de los úrsidos, los felinos, etc.

Naturalmente, la TMB representa sólo una parte de las necesidades energéticas. La digestión eleva las tasas metabólicas de todos los animales y la reproducción requiere aumentos periódicos de energía (como también ocurre con el cambio de plumaje o pelaje en los pájaros y mamíferos). La búsqueda de comida es una actividad ineludible para todos los animales que no estén hibernando. Simplemente por estar de pie, la tasa metabólica en los pájaros es un 15 por ciento superior a la tasa de reposo; y en los mamíferos, exceptuando al caballo, esta diferencia llega al 30 por ciento. El límite metabólico, múltiplo de la TMB durante el máximo esfuerzo, es mucho mayor durante la carrera, natación o el vuelo.

Tendría que mencionar ahora la reproducción y sus distintas formas, que varían de modo continuo entre los casos extremos de la cría generalizada generada de golpe y los nacimientos espaciados de un único neonato. El primer caso maximiza la producción de individuos que maduran con rapidez, y estas especies son más oportunistas. La mayoría de las bacterias, así como muchas especies de insectos, pertenecen a este grupo de seres que se reproducen de forma oportunista e intensa. En condiciones adecuadas llegan a invertir una parte tan importante de su metabolismo en la reproducción que acaban convirtiéndose en plagas indeseables. En unos pocos días de verano, pequeños insectos como los áfidos, dedican el 80% de su metabolismo a reproducirse, en una estrategia que reduce de forma importante la vida de los progenitores y también las posibilidades de reproducción repetida. Los endoparásitos, sin embargo, son una desafortunada excepción a esta restricción: la tenia, debido al fácil suministro de energía que recibe, se reproduce copiosamente y puede sobrevivir más de quince años.

Resultado de imagen de Áfidos (pulgones)

  • Áfidos (pulgones)
    • Causan al chupar fluidos
    • Pequeños, color o amarillo
    • Producen mielecilla (sustancia pegajosa)

Imagen relacionada

  • Trips
    • Se alimentan de flores y hojas
    • Daño causa pequeñas áreas descoloridas

Resultado de imagen de Ácaros (arañuelas)

  • Ácaros (arañuelas)
    • Dañan hojas
    • Difícil detectar a simple
    • Algunos producen seda y dejan telarañas

Resultado de imagen de Mosca blanca

  • Mosca blanca
    • Causan deformaciones
    • Producen mielecilla
    • En el revés de hojas

En el otro extremo del rango reproductivo están las especies del tipo selección-k que se reproducen varias veces, espaciando los nacimientos y cada vez con crías poco numerosas, y que maduran lentamente. El resultado de esta forma de reproducción es una tasa de crecimiento y poca capacidad de colonización, que se compensa con la mayor longevidad, competitividad, adaptabilidad y frecuentemente por un comportamiento social altamente desarrollado.

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Independientemente de su posición en el rango reproductivo, los rasgos comunes que presentan las transformaciones bioquímicas asociadas con la producción de los gametos y el crecimiento de los embriones permiten estimar la eficiencia de la reproducción heterótrofa. El máximo teórico de la eficiencia, para transformar los monómeros procedentes de la alimentación en los polímeros de la biomasa, está en torno a un impresionante 96%. Ineficiencias inevitables en la digestión de nutrientes y en la reproducción de recambio de tejidos reducen esta eficiencia, que siempre se mantiene por encima del 70%.

Los protozoos son organismos unicelulares, pero a diferencia de las bacterias, tienen membrana nuclear (cariomembrana, son eucariotas). Son organismos complejos, con un reproductivo, un aparato locomotor digestivo y la capacidad de producir energía por lo que durante muchos años han sido considerados “animales unicelulares”. Esta forma de vida todavía viven en colonias, ya sea de forma individual o como parásitos. Se encuentra en agua dulce, agua salada, en suelos húmedos o en otros seres como huéspedes. Pueden causar enfermedades a los seres humanos.

Resultado de imagen de Cariomembrana son eucariotas

Los rendimientos se pueden medir fácilmente en los seres heterótrofos unicelulares que se reproducen rápidamente: los rendimientos más altos son los de las bacterias (50 – 65%) y se encuentra un medio en las levaduras y los protozoos. No es sorprendente que los poiquilotermos sedentarios sean, entre los heterótrofos superiores, los más eficientes en la transformación de nutrientes en zoomasa: sus tasas se aproximan frecuentemente al 70 – 80%, que es la máxima eficiencia posible.

La temperatura ambiental es determinante también para la reproducción y el desarrollo. Generalmente a mayor temperatura el desarrollo es más rápido, es decir, el tiempo requerido para una determinada etapa del desarrollo se acorta. La razón está en que a mayor temperatura se aceleran los procesos fisiológicos del organismo.La influencia de la temperatura sobre el proceso de reproducción y el de descendientes es determinante en muchos casos. Los animales de sangre caliente u homotermos pueden adaptarse a diferentes ambientes tanto fríos como cálidos, porque regulan su temperatura corporal.

Entre los vertebrados, los homeotermos presentan tasas de crecimiento fetal mucho más altas que las especies poiquilotermas. Los ornitólogos han los primeros en estudiar la energética de la reproducción debido a la importancia del huevo en la vida de las aves. La energía necesaria para el crecimiento testicular en los pájaros, durante el periodo de rápido desarrollo de las gónadas, está comprendido entre el 0’4 y el 2 por ciento del metabolismo basal. El crecimiento de las gónadas femeninas generalmente requiere aportes energéticos tres veces mayores que las masculinas pero, en cualquier caso, es una cantidad pequeña comparada con el coste energético de la producción e incubación de un huevo.

La cadena alimenticia, los herbívoros, los carnívoros, peces, natación, carreras y saltos, el vuelo, y tantos y tantos conceptos implicados me aconsejan reducir el presente trabajo que, en realidad, sólo quería limitarse a facilitar algunos conocimientos del planeta y que, por mi cuenta y riesgo, he unido a los seres que lo pueblan y cómo se mantienen y están relacionados. Pero no es eso lo que pretendía al , así que, volveremos al tema principal de este Blog: la Física, la Astronomía y los Pensamientos.

emilio silvera