Las mediciones más exactas de la misteriosa expansión del universo

Unos astrónomos han hecho la mejor medición lograda hasta la fecha de cómo el universo se ha estado expandiendo durante los aproximadamente 13.000 millones de años transcurridos desde su formación. Entre otras cosas, se ha averiguado que hace 10.800 millones de años, el universo se estaba expandiendo a un ritmo de un 1 por ciento cada 44 millones de años.

El equipo del proyecto de cartografía cósmica SDSS (Sloan Digital Sky Survey) combinó dos métodos diferentes de usar como balizas a quásares y a gas hidrógeno intergaláctico, para medir la velocidad de expansión del universo. Estos científicos estudiaron 140.000 cuásares distantes, identificados como regiones extremadamente luminosas en el centro de galaxias masivas, cuando el universo tenía solamente un 25 por ciento de su edad actual.

La posición de las nubes de gas se cartografía en tres dimensiones. El modo en que la luz de los quásares atraviesa las nubes puede aportar información reveladora. A diferentes distancias, el gas bloquea más la luz de ciertos colores que la de otros. Disponiendo de estas mediciones y más datos, el equipo de Matthew Pieri, del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth, Reino Unido, midió luego cuánto se ha expandido el universo desde que la luz pasó a través de cada masa de hidrógeno. Esta tecnología pionera se vale de la distribución del hidrógeno por el universo en la mayor escala posible.

En los últimos 5.000 ó 6.000 millones de años, el universo se ha ido expandiendo con una rapidez mayor, debido a una misteriosa fuerza de repulsión llamada energía oscura. La comunidad científica se esfuerza en investigar cómo y por qué se está expandiendo el universo, en un intento de comprender la naturaleza de la energía oscura.


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Creación artificial de un nuevo órgano funcional, un minicorazón

En un espectacular paso dentro del uso médico de células madre, unos científicos han inventado un nuevo órgano para ayudar al retorno del flujo de sangre venosa en ausencia de válvulas funcionales. Una especie de anillo hecho de células de músculo cardíaco, que se contrae y dilata rítmicamente, rodea un tramo de la vena de interés y actúa como un "minicorazón" que mejora el flujo sanguíneo por los segmentos venosos. El anillo se puede hacer con células madre adultas del propio paciente, evitando así que el cuerpo pueda rechazarlo.

El equipo de la investigadora Narine Sarvazyan, de la Universidad George Washington, en Washington, D.C., Estados Unidos, abre así un camino pionero hacia el uso de células madre para crear, y no sólo reparar, órganos. A efectos prácticos, la aplicación de la nueva técnica puede equivaler a instalar un nuevo corazón enteramente biológico en otra parte del cuerpo, que se suma al corazón principal en el trabajo de hacer circular la sangre. Los minicorazones auxiliares, implantados por ejemplo en las extremidades inferiores, permitirían mejorar significativamente el flujo de sangre por las venas.

El nuevo enfoque de crear "minicorazones" podría ayudar a combatir a una enfermedad crónica muy común, la insuficiencia venosa crónica. En las naciones industrializadas, su incidencia puede alcanzar del 20 al 30 por ciento en las personas mayores de 50 años.

Esta opción potencial de tratamiento representa un importante salto en el campo de la ingeniería de tejidos, al pasar de la reparación de órganos a la creación de órganos nuevos, aunque sean pequeños y modestos. El equipo de Sarvazyan ha demostrado la viabilidad de este novedoso enfoque in vitro y en la actualidad está trabajando en probar estos minicorazones in vivo.


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Una bacteria es el primer organismo vivo que añade letras artificiales al ‘alfabeto’ del ADN

El ADN, junto con el ARN, es una de las biomoléculas portadoras de información en los organismos vivos, y esta información se almacena en el emparejamiento de las cuatro bases de ADN, citosina (C) con guanina (G), y adenina (A) con timina (T).

Un equipo de investigadores del Instituto de Investigación Scripps (EE UU) ha creado en el laboratorio dos nuevas bases que no se producen en la naturaleza. “Estas forman un tercer par de bases, y el grupo liderado por el investigador Floyd Romesberg ha demostrado que puede ser replicado en la bacteria E. coli”, declara a Sinc Ross Trevor Thyer, de la Universidad de Texas y coautor del artículo.

Según explica a Sinc el propio Romesbergm: “Denominamos a nuestra base de ADN no natural X e Y que hemos optimizado durante más de 14 años en el laboratorio. Para esto se sintetizaron más de 300 análogos de nucleótidos, hasta obtener dos que al emparejarse fueran realmente eficientes. Después de este trabajo de optimización intentamos entrar en un entorno mucho más complejo de una célula. Por ello, a pesar de que no existen en la naturaleza, se optimizaron extensamente en el laboratorio”.

Los científicos señalan que no se habían conseguido nuevas bases hasta ahora porque había múltiples dificultades que superar, como obtener las bases de ADN no naturales en las células y asegurarse de que la maquinaria de replicación dentro de la célula las aceptaría, además de medir luego con mucha precisión que estas se mantuvieran correctamente cuando el ADN fuera copiado.

"Estos pares de bases no naturales funcionaron muy bien in vitro, pero el gran reto era conseguir trabajar en un entorno mucho más complejo de una célula viva", apunta Denis A. Malyshev, miembro del laboratorio de Romesberg.

Trevor, por su parte asegura: “Organismos como este pueden utilizarse para explorar el origen y la evolución del ADN, e investigar por qué la naturaleza ha asentado las bases de ADN existentes. También se pueden utilizar para introducir nuevos aminoácidos con el código genético y directamente modificar el ADN funcional y las moléculas de ARN”.

"Esto demuestra que son posibles otras soluciones para el almacenamiento de información y, por supuesto, nos acerca a una biología del ADN ampliada que tendrá muchas aplicaciones emocionantes, desde nuevos medicamentos a nuevos tipos de nanotecnología", señala Romesberg.

El siguiente paso del laboratorio del Instituto de Investigación Scripps es tratar de recuperar con éxito esta ampliación de la información en el ADN de la célula viva. Para hacer esto, primero deben demostrar que el ADN que contiene el par de bases no naturales puede ser transcrito en el ARN. Una vez que se demuestre dicha transcripción se podría utilizar para controlar la síntesis de proteínas.


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Una proteína producida en el tejido adiposo es el origen de la inflamación que ocasiona la diabetes

La relación entre la obesidad –fundamentalmente aquélla referente a la grasa visceral–, la inflamación sistémica crónica y el desarrollo de trastornos metabólicos tales como la diabetes se encuentra afianzada en la literatura científica.

En un artículo publicado en marzo en la revista Cell Metabolism, científicos de la Harvard University, en Estados Unidos, describieron el papel de una proteína secretada por el tejido adiposo y por el hígado –la RBP4– en la activación de las células de defensa productoras de sustancias inflamatorias y en la consiguiente inducción de la resistencia a la insulina.

“Mostramos que la RBP4, una proteína encontrada en concentraciones dos o tres veces más altas en obesos y diabéticos, funciona como disparador de la inflamación en el tejido adiposo. Por ende, dicha molécula constituye un blanco para la elaboración de nuevos medicamentos”, dijo el brasileño Pedro Moraes-Vieira, autor principal de dicho artículo.

Moraes-Vieira cursó su maestría y su doctorado en la Universidad de São Paulo (USP) con el apoyo de la FAPESP. Actualmente cursa su posdoctorado en Harvard, bajo la supervisión de Barbara Kahn, docente de la División de Endocrinología.

De acuerdo con el investigador, hasta la década de 1990 se creía que la única función de la proteína RBP4 en el organismo consistía en transportar la vitamina A. Sin embargo, estudios epidemiológicos recientes con seres humanos arrojaron como resultado que existe una correlación entre la resistencia a la insulina, la inflamación sistémica y las elevadas concentraciones de RBP4.

En 2005, en una investigación coordinada por Kahn y realizada con ratones, se demostró que la expresión de la proteína RBP4 aumentaba a medida que los animales sanos se volvían resistentes a la insulina.

“Hasta ese momento, no estaba claro cómo operaba el mecanismo mediante el cual la elevación de la RBP4 inducía el trastorno metabólico. Nuestro estudio tenía por objeto entender de qué modo esa proteína podría modular la inflamación, fundamentalmente en el tejido adiposo”, explicó Moraes-Vieira.


Para llevar a cabo la investigación, el grupo se valió de un modelo de ratones transgénicos capaces de expresar la proteína RBP4 en las células musculares. “Nuestros animales presentaban el mismo nivel de elevación de RBP4 en la concentración sanguínea que se observa en humanos obesos o diabéticos; es decir, era alrededor de tres veces mayor que lo normal. Los ratones transgénicos se volvían diabéticos aproximadamente a la sexta semana de vida, aunque siguieran delgados”, comentó Moraes-Vieira.

Mientras que en los ratones la elevación de la RBP4 era el resultado de la transgenia, en el caso de los humanos se presume que su causa puede estar en la expansión del tejido adiposo visceral o en el estrés metabólico provocado por la acumulación de grasa en el hígado, según explicó el investigador.

Cuando los animales transgénicos cumplieron entre ocho y diez semanas de vida, los científicos midieron el índice de masa corporal (IMC), el porcentaje de grasa y de masa magra y las concentraciones de ácidos grasos y de colesterol en sangre, y realizaron test de tolerancia a la glucosa y a la insulina.

Al comparar los resultados con los del grupo de control, formado por ratones con concentraciones normales de RBP4, el grupo transgénico presentó diferencias únicamente en los test de tolerancia a la glucosa y a la insulina, lo que confirmó la diabetes.

Luego de sacrificar a los roedores, los científicos evaluaron la presencia de sustancias inflamatorias en el tejido adiposo visceral y subcutáneo, en el bazo, en los ganglios linfáticos y en el hígado.

“Observamos una gran inflamación en el tejido adiposo visceral, con activación tanto de células del sistema inmunitario innato como del sistema inmunitario adaptativo. Registramos también una inflamación moderada del hígado, con una activación únicamente del sistema inmunológico innato. Esto se debe a que la RBP4 tiende a acumularse mayormente en el tejido adiposo”, comentó Moraes-Vieira.

Mediante el empleo de una técnica conocida como citometría de flujo –que se utiliza para contar, fenotipear, examinar y clasificar células–, los investigadores analizaron los leucocitos presentes en los tejidos inflamados.

“La literatura científica informa acerca de la existencia de dos tipos de macrófagos en el tejido adiposo visceral: un tipo proinflamatorio y otro antiinflamatorio. Observamos que la proteína RBP4 lleva a que los macrófagos antiinflamatorios también empiecen a producir citocinas proinflamatorias. Estos macrófagos transformados activan el sistema inmunitario adaptativo e inducen la producción de linfocitos T CD4 del tipo TH1”, comentó Moraes-Vieira.

De acuerdo con el investigador, las células del tipo TH1 se especializan en secretar una sustancia inflamatoria llamada interferón-gamma (IFN-γ). Cuando se encuentra presente en cantidades excesivas, esta citocina interfiere en la señalización de los adipocitos, activa más aún a los macrófagos e impide la acción eficiente de la insulina.

Para poner a prueba la hipótesis de que los macrófagos –considerados uno de los tipos del células que exhiben antígenos (APCs, por sus siglas en inglés)– eran los responsables de la activación del sistema inmunológico adaptativo y la consiguiente inducción de la inflamación, el grupo llevó adelante otro experimento.

“Aislamos células dendríticas de ratones, que constituyen otro tipo de APC; las activamos con RBP4 y se las inyectamos a ratones sanos. Al cabo de seis semanas de inyecciones semanales, los animales se volvieron diabéticos y desarrollaron una inflamación del tejido adiposo visceral, con una gran concentración de linfocitos del tipo TH1”, comentó Moraes-Vieira.

Un tercer experimento, también realizado con animales transgénicos, reveló que una vía de señalización celular mediada por la proteína JNK resulta fundamental para que se concrete el efecto inflamatorio desencadenado por la RBP4.

“Mediante una colaboración con científicos de la University of Massachusetts, de Estados Unidos, desarrollamos un modelo de ratón transgénico nocaut para la JNK [se silenció el gen responsable de la expresión de la proteína] solamente en los macrófagos. Aislamos entonces los macrófagos proinflamatorios y antiinflamatorios del tejido adiposo visceral de dichos animales y los tratamos con RBP4, pero no se produjo la activación del sistema inmunitario adaptativo. En otras palabras: sin la vía de la JNK, no se desencadena la inflamación”, comentó Moraes-Vieira.

De acuerdo con el investigador, el papel clave de la RBP4 en el desarrollo de diabetes tipo 2 en obesos ha suscitado interés en la industria farmacéutica.


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Elaboración de biocombustibles mediante algas incluso en climas fríos

Las algas son organismos de gran utilidad en varios aspectos clave de la transición hacia una bioeconomía, que no dependa de los recursos fósiles, no renovables. Incluso en un clima frío como el de Finlandia, las algas pueden ser usadas para producir biocombustibles y otros productos químicos, además de utilizarse para capturar las emisiones industriales de dióxido de carbono. El proyecto ALGIDA, coordinado por el Centro de Investigación Técnica de Finlandia (VTT), ha explorado la viabilidad práctica del cultivo de algas en Finlandia, con miras a su aprovechamiento en las aplicaciones expuestas.

Los productos obtenibles de las algas son adecuados no sólo para elaborar biocombustibles sino también pigmentos, componentes para cosméticos e hidrogeles. Las algas también se utilizan en la fabricación de suplementos nutricionales, especialmente los de ácidos grasos omega-3. La biomasa de algas es apta para producir biofertilizantes.

Cultivar algas para elaborar biocombustibles es todavía una práctica bastante limitada al laboratorio. Su cultivo es aún más difícil en climas fríos donde hay poca luz diurna en el invierno.

El cultivo de algas en climas fríos es caro, en comparación con la producción de biomasa agrícola o la de madera. Pese a todo, los resultados del proyecto ALGIDA indican que es posible el cultivo rentable de algas en Finlandia y en países con condiciones climáticas similares.


La vía más fácil de producción basada en algas ante las bajas temperaturas ambientales y la escasez invernal de luz solar en Finlandia y otras naciones parecidas es la de cultivarlas allá donde haya procesos industriales que generen calor difícil de aprovechar. Casi cualquier fábrica genera calor que se acaba desperdiciando. A menudo, las aguas sucias que vierte la industria al alcantarillado están calientes, como suelen estarlo las provenientes de los hogares. El propósito del proyecto ALGIDA ha sido explorar el crecimiento de algas en las aguas residuales de Finlandia y optimizarlo.

Las pocas horas de luz en el invierno son un problema, pero las algas son capaces de adaptarse a condiciones variables de crecimiento, siempre y cuando dispongan del calor suficiente. Básicamente existen dos opciones para una fuente de carbono en el cultivo de algas: Una es el dióxido de carbono presente en el aire, más fácil de captar allá donde haya chimeneas de las que broten emisiones industriales. La otra opción es la de los desechos orgánicos.

El equipo de Mona Arnold, del VTT, ha demostrado que es factible cultivar algas recurriendo al dióxido de carbono en verano, cuando la luz está disponible, y a residuos de azúcares en invierno.


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El papel decisivo de los individuos viejos en las migraciones animales

Hasta la década de 1950, la pesca de un tipo de atún conocido popularmente como atún de aleta azul, atún rojo, y con otros nombres, era un negocio boyante en Noruega, el segundo más importante en el sector pesquero después de la pesca de sardina. Cada año, una inmensa población de este pez acostumbraba a migrar desde el Mediterráneo oriental hasta las costas de Noruega. Repentinamente, sin embargo, en un espacio de no más de cuatro o cinco años, esta migración a Noruega descendió a pasos agigantados hasta desaparecer, y ya no ha vuelto a reaparecer desde entonces. La pregunta obvia, ¿qué ocurrió?, no ha tenido respuestas claras durante más de medio siglo. Pero puede que ahora el misterio se aclare de forma definitiva.

En un intento por resolver este enigma, el equipo de Giancarlo De Luca, de la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados (SISSA, por sus siglas en italiano) de Trieste, Italia, comenzó por desarrollar un modelo digital encaminado a simular el comportamiento colectivo de grupos de animales, de manera simplificada pero capaz de permitir reproducir escenarios colectivos y sus consecuencias.

Con el modelo completo y debidamente validado, los investigadores han ejecutado diversas simulaciones, y los resultados de éstas indican que pequeños cambios en una población de una especie animal, concretamente la pérdida de una cantidad modesta de individuos de edad avanzada, puede llevar a consecuencias dramáticas, como la desaparición de la ruta migratoria de una especie.

Sin la posibilidad de preservar el conocimiento colectivo mediante el lenguaje escrito o por lo menos tradición oral, la acción directa de los ancianos guiando a los jóvenes e instruyéndoles con los hechos en vez de con las palabras es la única manera de aprovechar la experiencia acumulada por unos pocos individuos que han sobrevivido hasta ser ancianos. Esa experiencia que da la vejez puede ser un tesoro de conocimientos estratégicos en comunidades de animales, como por ejemplo peces migratorios.

En la investigación se constató que el número de "individuos informados" en un grupo, la sociabilidad de estos (concretamente su impulso de seguir a otros de su especie y en especial de su clan) y la fuerza de la decisión de los individuos informados son variables críticas, de manera que incluso fluctuaciones mínimas en estas variables pueden provocar cambios catastróficos en el sistema.

El objetivo principal del estudio era aclarar la desaparición de la citada ruta migratoria de atunes, pero el modelo desarrollado por De Luca y sus colegas puede ser aplicado a muchas situaciones de grupos, incluyendo por ejemplo bandadas de pájaros migratorios o manadas de mamíferos.

El comportamiento colectivo de un grupo puede estar fomentado a través de un efecto parecido al conocido fenómeno de cuando una ficha de dominó en posición vertical que cae contra otra hace caer a ésta, ésta a la siguiente, y así sucesivamente. La mayoría de los individuos de un grupo no puede poseer un conocimiento adecuado, por ejemplo, sobre dónde encontrar en la nueva estación del año una zona abundante en alimento. Sin embargo, para que el grupo funcione, es suficiente que una minoría de individuos posea esa información. Los otros, los que no la poseen, se limitarán a obedecer reglas sociales sencillas, por ejemplo la de seguir a sus congéneres.


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Con tamaños pequeños, los dinosaurios evolucionaron más

En un estudio en el que sus autores han "pesado" a cientos de dinosaurios y han tenido en cuenta otras muchas de sus características, se ha llegado a la conclusión de que la disminución del tamaño de sus cuerpos pudo ayudar al grupo del que derivan las aves a continuar explotando nuevos nichos ecológicos a través de su evolución, y a alcanzar el enorme éxito que sus descendientes alados tienen hoy.

La investigación es obra de un equipo internacional, liderado por científicos de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y el Museo Real de Ontario en Canadá.

El equipo de Roger Benson, de la Universidad de Oxford, estimó la masa corporal de 426 especies de dinosaurios, basándose en el grosor de los huesos de sus patas. Los científicos hallaron que los dinosaurios mostraron rápidos ritmos de evolución de su tamaño corporal poco después de su aparición, hace 220 millones de años. Sin embargo, éstos disminuyeron pronto su velocidad: sólo la línea evolutiva que llevó hacia los pájaros continuó cambiando el tamaño a este ritmo, y siguió haciéndolo durante 170 millones de años, produciendo una nueva diversidad ecológica no vista en otros dinosaurios.



El equipo dirigido desde la Universidad de Oxford ha estudiado cómo evolucionaron los dinosaurios de cada tamaño. Todo apunta a que la disminución de su corpulencia ayudó al grupo que desembocó en las aves a continuar explotando nuevos nichos ecológicos a lo largo de su evolución.

La tendencia resultó especialmente remarcable en casos como el de los dinosaurios con plumas del clado Maniraptora. Estos incluyen al Velocirraptor, famoso desde su atemorizante recreación artística en la saga de "Parque Jurásico" (Jurassic Park), así como a otros dinosaurios aviarios, cuyo peso iba desde los 15 gramos hasta las 3 toneladas, y cuya alimentación era carnívora, herbívora, u omnívora.


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