EVOLUCIÓN

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SCIENCE

La flora intestinal moldeaba la evolución de los homínidos 15 millones atrás, y sus huellas pueden encontrarse en hombres y grandes simios

Fotografía de E. coli, una de las 500 especies que pueden vivir en el intestino humano – NIAID

Si un contable se decidiera a investigar el cuerpo humano, concluiría que está hecho principalmente de bacterias. Al echar cuentas, resulta que hay diez veces más microbios que células de Homo sapiens en todos y cada uno de los rincones del cuerpo. Solo dentro del intestino, hay entre 400 y 500 especies de bacterias, más un número considerable de virus, hongos y protozoos. Por eso, esta parte del cuerpo es uno de los lugares más ricos en especies de todo el planeta.

Pero los números resultan fríos. Lo importante es que esos microbios, que forman la llamada flora o microbioma intestinal, tienen un papel clave para el sistema inumne, la alimentación y hasta el comportamiento. Por eso, es fundamental entender de dónde vienen y hacia dónde van estos microbios. Con este objetivo en mente, ayer fue publicada una investigación en la revista «Science» en la que se reconstruye el pasado evolutivo de esta importante fracción del ser humano.

Según sus conclusiones, la flora intestinal de hoy en día ha estado acompañando al humano desde incluso antes de que fuera humano, a través de un proceso conocido como coevolución y que implica que tanto humanos como bacterias se han dado forma mutuamente a lo largo de millones de años.

«Sabíamos que los humanos y sus parientes próximos, los grandes simios, acogían a esas bacterias en sus intestinos», dijo Andrew Moeller, investigador en la Universidad de California, Berkeley, y coautor del estudio. «Y la mayor pregunta que queríamos responder es, ¿de dónde vienen todas esas bacterias? ¿Las obtuvimos del entorno o las heredamos de nuestros ancestros? ¿Durante cuánto tiempo han estado con los hospedadores?».

Antes de esta y otras investigaciones similares, la pregunta era si, aparte de influirnos, las bacterias habían cambiado nuestra genética y nosotros la suya. La respuesta es, según estos investigadores, es que sí, y que esto lleva ocurriendo desde hace al menos 15 millones de años, a partir del microbioma intestinal del ancestro común de los homínidos, un grupo que incluye a humanos y a grandes simios.

Coevolución entre humanos y microbios

 

 

 

 

Después de secuenciar, leer, y comparar los genes de los microbios encontrados en las heces de chimpancés, bonobós, gorilas y humanos, en concreto ciudadanos de Connecticut, Estados Unidos, los investigadores pudieron reconstruir el árbol evolutivo de la flora intestinal de los homínidos.

«Esta investigación comprueba que la evolución de la flora y de los homínidos es congruente y que ocurre en paralelo», explicó a ABC Andrés Gómez.

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Una hembra llena de huevos

“Sólo la casualidad puede aparecer ante nosotros como un mensaje. Lo que ocurre necesariamente, lo esperado, lo que se repite todos los días, es mudo. Sólo la casualidad nos habla”, escribía Milan Kundera en La insoportable levedad del ser. Y algo habla, o más bien grita, en una playa de Badalona, cerca de Barcelona: la dominada por el puente del Petróleo. Por este pantalán que se mete 250 metros en el mar Mediterráneo se descargaban productos petrolíferos hasta finales del siglo XX. Y a sus pies se levanta desde 1870 la fábrica de Anís del Mono, el licor en cuya etiqueta aparece un simio con la cara de Charles Darwin como guiño a la teoría de la evolución, por entonces polémica.

Hoy, el puente del Petróleo es un precioso mirador con una estatua de bronce dedicada al mono con rostro darwinista. Y, por una casualidad que habla, entre sus paseantes habituales se encuentra un equipo de biólogos evolutivos del departamento de Genética de la Universidad de Barcelona. Caminan por la pasarela sobre el océano y lanzan un cubo para atrapar a un animal marino, el Oikopleura dioica, un bicho de tan solo tres milímetros, pero con boca, ano, cerebro y corazón. Parece insignificante, pero, como Darwin, hace que el discurso de las religiones se tambalee. Coloca al ser humano en el lugar que le corresponde: con el resto de animales.

 

 

“Hemos estado mal influenciados por la religión, pensando que estábamos en la cúspide de la evolución. No lo estamos. Estamos al mismo nivel que el resto de los animales”, sentencia el biólogo Cristian Cañestro. Junto a su colega Ricard Albalat dirige una de las tres únicas instalaciones científicas del mundo para estudiar al Oikopleura dioica. Las otras dos están en Noruega y Japón. La suya es una salita fría, con centenares de ejemplares prácticamente invisibles metidos en recipientes de agua, en un rincón de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona.

“La visión hasta ahora es que al evolucionar ganábamos en complejidad, ganando genes. Así se pensó cuando se secuenciaron los primeros genomas, de mosca, de gusano y del ser humano. Pero hemos visto que no es así. La mayoría de nuestros genes está también en las medusas. Nuestro ancestro común los tenía. No es que nosotros hayamos ganado genes, es que los han perdido ellos. La complejidad génica es ancestral”, sentencia Cañestro.

En 2006, este biólogo investigaba el papel de un derivado de la vitamina A, el ácido retinoico, en el desarrollo embrionario. Esta sustancia indica a las células de un embrión lo que tienen que hacer para convertirse en un cuerpo adulto. El ácido retinoico activa los genes necesarios, por ejemplo, para formar las extremidades, el corazón, los ojos y las orejas. Cañestro estudiaba este proceso, común en los animales, en el Oikopleura. Y se quedó con la boca abierta.

“Los animales utilizan una cascada de genes para sintetizar el ácido retinoico. Me di cuenta de que en el Oikopleura dioica faltaba uno de estos genes. Luego vi que faltaban más. No encontrábamos ninguno”, recuerda. Este animal de tres milímetros fabrica su corazón, de manera inexplicable, sin ácido retinoico. “Si ves un coche sin ruedas moviéndose, ese día tu percepción de las ruedas cambia”, ilustra Cañestro.

El último ancestro común entre este minúsculo habitante de los océanos y el ser humano vivió hace unos 500 millones de años. Desde entonces, el Oikopleura ha perdido el 30% de los genes que nos unían. Y lo ha hecho con éxito. Si usted se mete en cualquier playa del mundo, allí estarán ellos rodeando su cuerpo. En la batalla de la selección natural, los Oikopleura han ganado. En algunos ecosistemas marinos, su densidad alcanza los 20.000 individuos por cada metro cúbico de agua. Son perdedores, pero solo de genes.

Albalat y Cañestro acaban de publicar en la revista especializada Nature Reviews Genetics un artículo que analiza la pérdida de genes como motor de la evolución. Su texto ha despertado interés mundial. Ha sido recomendado por F1000Prime, una clasificación internacional que señala los mejores artículos sobre biología y medicina. El suyo empieza con una frase del emperador romano Marco Aurelio, filósofo estoico: “La pérdida no es más que cambio y el cambio es un placer de la naturaleza”.

Los dos biólogos subrayan que la pérdida de genes, incluso, pudo ser clave para el origen de la especie humana. “El chimpancé y el ser humano comparten más del 98% de su genoma. Quizás habría que buscar las diferencias en los genes que se han perdido de manera diferente durante la evolución de los humanos y el resto de primates. Algunos estudios sugieren que la pérdida de un gen hizo que la musculatura de nuestra mandíbula fuera más pequeña y esto permitió aumentar el volumen de nuestro cráneo”, hipotetiza Albalat. Quizá, perder genes nos hizo más inteligentes que el resto de los mortales.

En 2012, un estudio del genetista estadounidense Daniel MacArthur mostró que, de media, cualquier persona sana tiene 20 genes que no funcionan. Y, aparentemente, tan campantes. Albalat y Cañestro, del Instituto de Investigación de la Biodiversidad (IRBio) de la Universidad de Barcelona, ponen dos ejemplos muy estudiados. En algunas personas, los genes que codifican la proteína CCR5 o la DUFFY están anulados por mutaciones. Son las proteínas que utilizan, respectivamente, el virus del sida y el parásito que causa la malaria para entrar en las células. La pérdida de estos genes hace a los humanos más resistentes a estas enfermedades.

En el laboratorio de Cañestro y Albalat hay un cartel que imita al de la película Reservoir Dogs, en el que aparecen los científicos y otros miembros de su equipo vestidos con camisas blancas y corbatas negras, como en el filme de Quentin Tarantino. Su montaje se titula Reservoir Oiks, en alusión al Oikopleura. Los dos biólogos creen que el organismo marino va a permitir formular, y responder, preguntas nuevas sobre nuestro manual de instrucciones común: el genoma.

El cerebro del Oikopleura tiene unas 100 neuronas y el de los humanos contiene 86.000 millones, pero somos mucho más similares de lo que parece. Entre un 60% y un 80% de las familias de genes humanos tienen un claro representante en el genoma de Oikopleura. “Este animal nos permite estudiar qué genes humanos son esenciales”, aplaude Albalat. O lo que es lo mismo: por qué algunas mutaciones son irrelevantes y otras provocan efectos terribles en nuestra salud.

Los seres vivos poseen una maquinaria celular que repara las mutaciones que surgen en su ADN. El Oikopleura dioica ha perdido 16 de los 83 genes ancestrales que regulan este proceso. Esta incapacidad para autorrepararse podría explicar su pérdida extrema de genes, según detalla el artículo en Nature Reviews Genetics.

A Cañestro se le ilumina la mirada al hablar de estas ausencias. Los genes suelen actuar en cascada para llevar a cabo una función. Si en una cascada conocida de ocho genes faltan siete en el Oikopleura, porque la función se ha perdido, la permanencia del octavo gen puede revelar una segunda función esencial que había pasado desapercibida. Ese gen sería como un cruce de autopistas. Desmantelada una carretera, sobrevive porque es fundamental en otra ruta. “Esa segunda función ya estaba en el ancestro común y puede ser importante en los humanos”, celebra Cañestro.

“No hay animales superiores y animales inferiores. Nuestras piezas de Lego son básicamente las mismas, aunque con ellas construyamos cosas diferentes”, zanja el biólogo. Piense en su lugar en el mundo la próxima vez que bucee en el mar. Esa nieve blanca que flota en el agua y se puede ver a contraluz son las deposiciones del Oikopleura.

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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).

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.

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 microsopio 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 subunidades de aminoácidos.

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Descubren el posible origen del ADN en una galaxia de bolsillo

En idénticas condiciones de temperatura y presión que el universo de hace 4.600 millones de años, logradas en el laboratorio, han logrado originar ribosa, la molécula que luego acabó convirtiéndose en ADN.

Formación de una estrella en la nebulosa Tarántula. Telescopio Hubble NASA

De dónde vino el ADN es una de las preguntas más trascendentales que los científicos tratan de responder. En teoría, la base genética de todos los organismos evolucionó desde un universo primordial hecho de estructuras más sencillas, como el ARN, cuya molécula central es la enzima ribosa.

Un grupo de investigadores vierte luz esta semana sobre el misterioso origen de la ribosa con un trabajo publicado en Science. Esta molécula pudo formarse cuando nuestro sistema solar no era más que una gigantesca nebulosa de polvo y hielo, hace más de 4.600 millones de años. Los fotones ultravioleta y la radiación cósmica pudieron provocar una compleja serie de procesos químicos para que de los hielos comenzaran a nacer cadenas de monosacáridos, como la ribosa.

Lo más sorprendente es que, para descubrir esto, Cornelia Meinert o Uwe Meierhenrich, investigadoras del Instituto de Química de Niza, Francia, tuvieron que simular en su laboratorio las condiciones interestelares que provocaron el nacimiento de esta esquiva molécula.

¿Cómo? Condensando en una cámara de vacío a -195ºC de temperatura y 0,0000007 milibares de presión un puñado de partículas volátiles de agua, metanol y amoníaco, irradiando esas partículas con fotones ultravioleta durante 142 horas y luego calentando el resultado hasta llegar a temperatura ambiente. Tras todo el proceso, los científicos vieron aparecer un residuo orgánico.

Gracias, Philae

 

 

Cuando el módulo Philae de la ESA surcó cientos de miles de kilómetros a bordo de la sonda Rosetta y aterrizó a lomos de un rocoso cometa bautizado Churiumov-Guerasimenko o P67, mucha gente se preguntó de qué servía, si era un verdadero avance científico o un despilfarro ostentoso pagado con nuestros duramente ganados impuestos. Si conoce a alguien así, llámelo a capítulo y dígale que abra bien los ojos.

Meinert y Meierhenrich habían colocado un instrumento a bordo de Philae llamado COSAC GC-MS, encargado de detectar compuestos orgánicos en el núcleo del P67. Detectó 16. “La COSAC aplicó su modo de olfateo, sensible solamente para compuestos orgánicos volátiles”, explica Meierhenrich a EL ESPAÑOL. Este modo detectó tres compuestos volátiles entre los 16 compuestos orgánicos. Deberían haber podido detectar también aminoácidos y sacáridos como la ribosa, pero por desgracia el aterrizaje de Philae fue calamitoso y el sistema de perforación de la roca no funcionó adecuadamente. “Creo que la ribosa está presente en el hielo del cometa”, señala no obstante la científica.

Ilustración de Philae aterrizando en el cometa P67. ESA

 

Detectar estos compuestos, aldehídos, en el hielo del cometa P67 el año pasado ayudó a estas científicas a perfeccionar en el laboratorio la simulación de hielo interestelar.

“Algunos de los compuestos orgánicos de los hielos del cometa vienen de un medio interestelar, nubes moleculares de las que el Sistema Solar se formó”, explica Cornelia Meinert a este periódico. “Algunas partes se formaron fotoquímicamente después de la coalescencia del Sol, durante sus primeros millones de años de evolución estelar o fase T Tauri”. El experimento realizado por estas investigadoras demuestra que el proceso puede ocurrir tanto en nebulosas moleculares como en discos protoplanetarios. “Los ladrillos moleculares del potencial primer material genético son abundantes en ambientes anteriores a la formación de estrellas o planetas”, concluye.

El descubrimiento no prueba que la vida se haya desarrollado en cualquier otra parte del universo, pero sugiere que no hay razones para pensar lo contrario.

Fuente: El Español

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