1. 2018 ha sido muy productivo en el Instituto de Neurociencias de Alicante CSIC-UMH, con más de 50 publicaciones. Destacamos 10 notables aportaciones al estudio del cerebro:Trastornos aparentemente tan dispares como autismo, esquizofrenia o ansiedad tienen una base común: el desequilibrio entre los neurotransmisores excitadores e inhibidores del cerebro, según una investigación liderada por Juan Lerma. La zona del cerebro afectada por el desequilibrio determina la patología y los síntomas.

 

1. El nivel de actividad de genes en la evolución, y no la aparición de otros nuevos, permitió la expansión y complejidad de la corteza cerebral de mamíferos, según descubrió el grupo de Víctor Borrell. Esto permitió la multiplicación exponencial del número de neuronas y la aparición de las capacidades humanas.

1. El grupo Hugo Cabedo descubrió cómo los nervios periféricos inducen la reparación de la mielina que los rodea para restablecer la comunicación interrumpida tras la lesión. Este hallazgo acerca el objetivo de reparar las lesiones medulares.

1. El grupo de Javier Sáez Valero demostró la reacción en cadena que podría estar detrás del deterioro de la memoria en el Alzheimer: la proteína beta amiloide, característica del Alzhéimer, provoca el fallo de otra denominada Reelina, que podría participar en el deterioro de la memoria y el aprendizaje. El gen ApoE4, principal factor de riesgo de Alzheimer, interfiere también con esta proteína.

1. Neurocientíficos y físicos encontraron grupos de neuronas fundamentales para consolidar la memoria, pero localizados sorprendentemente en el sistema de recompensa del cerebro y no en el hipocampo, explica Santiago Canals. El trabajo abriría la puerta a tratar enfermedades neurológicas y psiquiátricas.

1. Tratamientos con menos secuelas cognitivas en la leucemia linfoblástica aguda pediátrica, el cáncer más frecuente antes de los 15 años, tiene una supervivencia del 90%, pero las secuelas neurocognitivas de la quimioterapia pueden persistir. El laboratorio de María Domínguez demostró que la inflamación impide al sistema inmune detectar las células malignas. Y han puesto a punto un sistema de cribado para seleccionar antiinflamatorios en uso, libres de efectos secundarios.

1. Descubren las células responsables de la sensación fantasma del ojo seco. La cirugía láser para corregir defectos como la miopía puede provocar sensación de ojo seco, aun sin falta de lágrimas. El grupo de Carlos Belmonte descubrió que las neuronas que detectan el frío en el ojo son las responsables de esta sensación fantasma y un nuevo objetivo terapéutico.
4. 

1. ¿Se puede aprender sin actividad de las neuronas? Aprender sin apenas actividad neuronal, o aprendizaje silencioso, es una aportación del grupo de Richard G.M. Morris, codirector de la Cátedra Remedios Caro Almela. Supone que una red neuronal puede cambiar el patrón de ponderaciones sinápticas “en secreto” y ocurre con más frecuencia de lo que se creía.

1. Nuevas dianas terapéuticas en la enfermedad de Huntington. La expresión del receptor GluN3A en determinadas neuronas adultas es la base del Huntington, caracterizado por movimientos involuntarios y demencia, y aún sin cura. El grupo de Isabel Pérez Otaño dio un paso esperanzador en ratones al evita la disfunción cognitiva, motora y la pérdida de temprana de neuronas inactivando las neuronas GluN3A.

                                                       

1. El componente saboteador del Cannabis. El cannabidiol, componente muy abundante de la marihuana pero sin efectos adictivos, reduce la abstinencia, y ansiedad y combate la adicción que esta planta provoca, como descubrió el grupo de Jorge Manzanares. Y combinado a dosis bajas con el fármaco más usado contra el alcoholismo, la naltrexona, es más efectivo frente al alcoholismo.

Una cosa parece que debemos tener clara: Nuestro cerebro es la “máquina natural” más compleja del Universo.

Los Neurocientíficos van sabiendo algunas cosas de él. Sin embargo, todo (sin excepción), como decía el Filósofo, cambiarían todso lo que saben por la mitad de lo que desconocen.

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Un cráneo humano hallado en Israel demuestra que ambas especies vivían a apenas 40 kilómetros y compartieron la misma zona durante milenios.

Un gran salto en el estudio de la evolución humana fue la creación de la paleo-genómica, cuyo pionero y fundador es el sueco Svante Pääbo. Esta técnica consiste en extraer y secuenciar el ADN de organismos antiguos a través de sus restos ­–un diente o una falange­–, para averiguar datos sobre la especie, que de otra forma es imposible determinar.

En 2010, Pääbo publicó el genoma completo de los neandertales, con gran impacto en el campo de la paleoantropología, y desde entonces ha analizado 15 individuos más de esta especie.

Con esta técnica de extracción de ADN, Pääbo y su equipo han descubierto también un nuevo tipo de homínido asiático a través de una única falange ­–el hombre de Denísova o denisovano­­­­– por la cueva donde fue descubierto. Esta ha sido la primera especie de homínido extinta descrita gracias a su genoma.

Aprovechando el trabajo del científico sueco, la paleoantropóloga del Centro Nacional de Investigación Científica francés (CNRS) Silvana Condemi analizó el genoma de cuatro individuos de entre 100.000 y 40.000 años de antigüedad, para determinar su tipo sanguíneo.

• El genoma más antiguo de nuestra especie aclara el cruce con los neandertales
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            El cráneo humano de hace 55.000 años hallado en la cueva de Manot (Israel) / Nature

La evolución humana es como una película censurada: alguien parece haber cortado los mejores trozos. En uno de ellos, nuestra especie tiene hijos con otra. Se trataba de los neandertales y, decenas de miles de años después, seguimos sin conocer todos los detalles de lo que pasó.

Hallado en Israel el fósil humano más antiguo fuera de África

Ahora, un nuevo fósil hallado en la cueva de Manot, al norte de en Israel, permite rescatar unos cuantos fotogramas perdidos de esa película que cuenta quiénes somos. Se trata de la parte superior de un cráneo y las imágenes que se desprenden de su estudio muestran que ambas especies vivieron como cazadores nómadas muy cerca los unos de los otros posiblemente durante milenios. Aunque el fósil no aporta datos concluyentes, sus descubridores creen que este enclave bien pudo ser el escenario del cruce entre ambas especies e incluso especulan con que aquel individuo era uno de los primeros hijos entre sapiens y neandertales.

El profesor Hershkowitz muestra el cráneo de 55.000 años encontrado en una …

“Lo más excitante de este hallazgo es que se trata del primero y único humano moderno datado entre 60.000 y 50.000 años que se encuentra fuera de África”, explica a Materia el antropólogo Israel Hershkovitz, coautor del hallazgo. “Este es justo el tiempo en el que los modelos genéticos y arqueológicos dicen que surgieron los humanos modernos, los primeros antepasados de todas las poblaciones vivas actuales”, resalta. También es el periodo en el que, según los análisis genéticos, los sapiens africanos tuvieron hijos con los neandertales.

La cueva de Manot está a apenas 40 kilómetros de la cueva de Amud y a 54 kilómetros de la de Kebara, ambas habitadas por los neandertales en aquella época, resalta Hershkovitz. La calavera de Manot tiene unos 55.000 años con lo que “probablemente coincidieron en esta zona durante miles de años”, comenta el investigador.

A partir de aquí, la película vuelve a cortarse. Hace 50.000 años, los neandertales de la zona desaparecen mientras los sapiens llegados de África seguían allí. Unos 5.000 años después estos comenzaron a moverse hacia Europa mientras la otra especie se precipitaba hacia la extinción completa, sin que se conozcan las causas.

¿Es este el cráneo de uno de los primeros híbridos neandertales y sapiens? Es una posibilidad, según el estudio firmado por Hershkovitz en Nature junto a otros 23 investigadores de Israel, EE UU, Alemania y Austria. La calavera presenta una morfología muy parecida a la de africanos actuales y también a la de restos fósiles de humanos modernos encontrados posteriormente en Europa. Esto refuerza la teoría de que ese individuo era descendiente de una oleada sapiens que salió del continente africano hace unos 70.000 años para asentarse por todo el mundo. El hecho de que sea más evolucionado que otros sapiens más primitivos hallados hace unos 100.000 años en la misma zona refuerza la teoría.

Guerras y ADN

Sin embargo, los investigadores advierten de que es imposible saber si estamos ante uno de los primeros hijos entre ambas especies analizando solo la forma del cráneo. La única forma de asegurarlo es analizando su ADN, algo que ya se han propuesto hacer, aunque no será tarea fácil debido a que el clima de esta zona bien ha podido destrozar todo el material genético. Los autores del estudio albergan algo de esperanza porque la entrada principal a la cueva quedó bloqueada hace 30.000 años y desde entonces ha sido como una “cápsula del tiempo” no perturbada por la presencia humana.

El genetista español Carles Lalueza-Fox ofrece una opinión independiente del hallazgo. Este humano “podría ser un representante de la población que saliendo de África se hibridó con los neandertales, pero no un descendiente de dicho acontecimiento, ya que no muestra señales evidentes de neandertal”, opina.

Ahora, el problema del ADN amenaza con mantener la otra parte de esta y otras secuencias jugosas en negro durante mucho tiempo, según el experto. “Es una lastima que las condiciones térmicas de Oriente próximo no favorezcan la conservación del material genético porque hay diversos acontecimientos evolutivos en nuestra especie, como la salida de África, la hibridación con neandertales y el surgimiento de la agricultura que tienen lugar en esta zona geográfica”, explica Lalueza-Fox. Tampoco ayuda que las guerras estén devastando otros escenarios claves de la evolución humana como Siria o Irak.

Fuente: Reportaje de Prensa El País

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Sí, una cosa es simular y otra muy distinta… Entender y Sentir

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Educándolo… ¿Hasta donde podría llegar?

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Reportaje de Prensa: En El Español.

Los científicos estudian si los seres vivos utilizan las extrañas propiedades de la física cuántica en sus procesos biológicos, pero aún no lo han decidido.

Imagen de una estructura de ADN molecular en el Museo de Ciencias de Oxford. Allispossible.org.uk (CC)

Aunque el austríaco no fue el primero en suponer que la información genética de los seres vivos debía de codificarse en enlaces químicos, sus ideas influyeron en la posterior investigación de la estructura del ADN por James Watson y Francis Crick. Pero Schrödinger hizo algo más: acuñó el término “teoría cuántica de la biología”, refiriéndose al hecho de que las mutaciones son saltos en la herencia, del mismo modo que la energía de las partículas salta de un valor discreto a otro (está cuantizada). “El mecanismo de la herencia está estrechamente relacionado con, o mejor dicho, está fundado sobre, la misma base de la teoría cuántica”, escribía el físico.

Con todo, Schrödinger se quedó corto: además de no extender su idea más allá de los genes, se centró únicamente en cómo la asimetría de las moléculas y sus múltiples formas podían servir para codificar toda la diversidad de la información genética. En cambio, negó expresamente que las transiciones en los átomos pudieran tener alguna influencia en la biología: “La indeterminación cuántica no juega ningún papel biológicamente relevante”, escribió.

 

La fotosíntesis funciona gracias a la física cuántica Frank Bättermann

A la biología cuántica aún le aguardaba una larga espera. Al menos, hasta 2007. Aquel año, un equipo de la Universidad de California en Berkeley dirigido por el físico Graham Fleming demostraba algo que otros científicos llevaban tiempo barruntando: la fotosíntesis, ese proceso cuasimágico por el que muchos organismos consiguen producir oxígeno a partir del dióxido de carbono, funciona gracias a la física cuántica.

Los investigadores aislaron los centros fotosintéticos de dos microbios, la bacteria verde del azufre Chlorobium tepidum y la bacteria púrpura Rhodobacter sphaeroides, y los bombardearon con pulsos láser para estudiar cómo la energía de los fotones se transfería desde los pigmentos que recogen la luz hasta el centro de reacción, donde se cuece esa química necesaria para la vida. Los mensajeros de esta transferencia son los electrones, que corren alimentados por esa poción mágica de la energía fotónica. Pero ¿cómo encuentran su camino entre el desorden molecular para evitar perderse y desperdiciar esa energía?

Fleming y su equipo descubrieron que lo hacen como ondas, no como partículas. De este modo, la onda se dispersa para encontrar el mejor camino sin tener que recorrerlos todos uno a uno. Y esta capacidad de estar en distintos lugares al mismo tiempo, o de tener dos estados incompatibles entre sí, es el privilegio de la física cuántica; por fin había nacido la biología cuántica.

 

Cataratas de sangre

Los análisis químicos y biológicos indican que hay un extraño ecosistema subglacial de bacterias autótrofas que metaboliza iones de azufre y hierro. Según la geomicrobióloga Jill Mikucki, en las muestras de agua existen como mínimo 17 tipos diferentes de microbios, que viven prácticamente sin oxígeno. Nunca antes se había observado en la naturaleza el proceso metabólico mediante el cual los microbios utilizan un sulfato como catalizador para respirar con iones férricos y metabolizar la materia orgánica microscópica atrapada con este compuesto químico.

 

 

Pero no tan aprisa. Fleming y su equipo llevaron a cabo sus experimentos en condiciones típicas de la física cuántica; por ejemplo, por debajo de los 100 grados bajo cero. Y está claro que las bacterias no suelen vivir a esas temperaturas. Para un físico, una célula es la peor de sus pesadillas: caliente, húmeda, ruidosa y desordenada. En tan miserables condiciones es imposible que ninguna tarea importante pueda confiarse a la extrema levedad de los fenómenos cuánticos. “Muchos científicos creen que estos fenómenos son tan frágiles que sólo aparecen en sistemas muy simples, compuestos por muy pocas partículas y donde el ruido molecular se congela a temperaturas cercanas al cero absoluto”, resume a EL ESPAÑOL el genetista molecular de la Universidad de Surrey (Reino Unido) Johnjoe McFadden.

O al menos eso parecía, hasta que en 2010 dosestudios demostraron que lo dicho para la fotosíntesis en el frío glacial era válido también a temperatura ambiente. Pero, de hecho, éste no es el único sistema biológico en el que la física cuántica puede marcar las reglas, ni siquiera el primero en el que sospechó algo semejante: durante décadas, los biofísicos intuyeron que las enzimas, esos mediadores que convencen a las moléculas para que reaccionen, funcionan según un conocido mecanismo cuántico llamado efecto túnel que permite a una partícula, en este caso un protón, pasar de un estado a otro sin saltar la barrera de energía que los separa, excavando un túnel. En 1989 se mostró por primera vez el efecto túnel en las enzimas.

 

 

Con todo esto, parece que la biología cuántica debería ser ya un miembro de pleno derecho del club de las disciplinas científicas. Y sin embargo, ni sus propios patrocinadores se atreven a ir tan lejos. Regresando al chiste del comienzo, Nori aplica a la biología cuántica esa misma doble condición del gato vivo y muerto: “Es a la vez un campo excitante para estudiarlo con precaución en el futuro, y también en el que muchas cuestiones importantes aún no están demostradas”.

“Muchos científicos aún no están convencidos de que estos efectos requieran la mecánica cuántica para explicarse”, apunta a EL ESPAÑOL el físico de la Universidad de Surrey Jim Al-Khalili, coautor junto con McFadden del libro Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology (Bantam Press, 2014). El obstáculo esencial es esa diferencia de pulcritud entre los experimentos cuánticos y el aparente caos de una célula viva, que suscita el escepticismo de no pocos expertos. Para el físico de la Universidad de Viena Markus Arndt, este es “un rasgo de la ciencia de la vida, no tan limpia como los laboratorios de física o los tubos de ensayo de la química”. “¿Pueden estas acciones sobrevivir en las escalas macroscópicas de tiempo y tamaño de los medios biológicos? Esta cuestión todavía está abierta”, comenta Arndt a este diario.

La brújula de las aves

 

 

 

La escala temporal que menciona Arndt es uno de los factores que levantan las cejas de los físicos. Un posible ejemplo de biología cuántica muy de actualidad es el sistema que guía a las aves migratorias, basado en el fenómeno de entrelazamiento cuántico. Según estudios en el petirrojo europeo, la luz dispara en la retina un par de electrones gemelos que responden al magnetismo terrestre, como la aguja de una brújula. Un estudio reciente ha prestado nuevo crédito a esta hipótesis. Pero un problema es que este entrelazamiento duraría unos pocos microsegundos. Para los físicos, esto es una eternidad jamás lograda ni de lejos en un laboratorio, y no digamos a una temperatura a la que el petirrojo no se convierta en un fósil congelado.

Sin embargo, el nuevo estudio no es experimental, sino una simulación por ordenador. “Todavía necesitamos pruebas experimentales de que la teoría es correcta”, dice Al-Khalili. El obstáculo principal al que se enfrenta la biología cuántica es la dificultad de llevar sus predicciones al laboratorio. “Los experimentos adecuados para evaluar estas cuestiones son complicados y difíciles de interpretar”, señala Nori. Otra pega es que los científicos aún se resisten a creer que estos mecanismos cuánticos en la biología tengan realmente un significado evolutivo; es decir, que existan porque los seres vivos han encontrado en la cuántica una ventaja aprovechable. “¿Por qué la naturaleza habría seleccionado estas superposiciones cuánticas? ¿Qué propósito tienen?”, se pregunta Nori.

 

¿Un fino olfato cuántico? Hay muchas dudas. EE | Pixbay (PD)

Los expertos no ven demasiado claro que las tecnologías actuales vayan a ofrecer respuestas “en muchos años o unas pocas décadas”, estima Arndt. Y menos en casos todavía más aventurados y difíciles de testar: en 1996, el biofísico del University College de Londres Luca Turin lanzó una idea que trataba de dar respuesta a un enigma clásico de la biología del olfato: ¿Cómo puede nuestra nariz, con un repertorio grande pero limitado de receptores olfativos, detectar más de un billón de olores? La audaz hipótesis de Turin es que los receptores son capaces de distinguir las vibraciones de las moléculas de olor mediante un mecanismo de efecto túnel, lo que ampliaría la gama olfativa. Sin embargo, la propuesta no ha ganado el aplauso general. “La mayoría de la literatura no apoya el modelo de Turin”, dice Arndt.

En resumen, y pese a lo que afirman McFadden y Al-Khalili en el título de su libro, realmente no parece que la biología cuántica esté pasando a la madurez, sino sufriendo aún un larguísimo parto. Y eso que sus aplicaciones podrían ser provechosas, más allá de responder a la pregunta de Schrödinger. Por ejemplo, dominar el efecto cuántico de la fotosíntesis permitiría diseñar células solares más eficientes. Los dos autores subrayan que la manipulación a nanoescala abriría la puerta a logros como la creación de nanorrobots que depositen un fármaco en la célula que lo necesita.

Y cómo no, también está el futuro de los ordenadores cuánticos: lo que hace el electrón en la fotosíntesis no es otra cosa que computar la mejor solución a un problema sin tener que realizar las operaciones una por una. La naturaleza ya sabe cómo hacerlo. Curiosamente, Arndt sugiere que los ordenadores cuánticos, a su vez, generarían modelos detallados que darían una respuesta definitiva a las incógnitas sobre biología cuántica.

Por algo la ventaja de los ordenadores cuánticos es que son extremadamente potentes. Si no fuera porque aún no funcionan.

No necesitan comer ni dormir, no sufren enfermedades, la radiación del espacio no les afecta, son más fuertes que nosotros. El día que sus cerebros positrónicos lleguen a tener consciencia de SER… ¿Para que nos necesitarán?

Claro que, eso mismo nos pasa con no pocos proyectos que perseguimos desde hace años, hemos gasto en ello más de lo que imaginamos. Sin embargo, ahí estamos persiguiendo sueños que, de hacerse realidad, incluso podrían causa de nuestro propio final… ¿Por qué seres así?

¡Humanos! ¿Qué se podría esperar de nosotros?

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