Nuevas Funciones en Genes Fundamentales

Un nuevo estudio ha desafiado la idea, popular entre los biólogos evolutivos, de que los genes fundamentales no adquieren nuevas funciones. Armin Moczek, biólogo de la Universidad de Indiana en Bloomington, y la investigadora Debra Rose, han descubierto que dos genes antiguos "cooperaron" para ayudar a construir un nuevo rasgo en escarabajos: Los cuernos que dan su nombre popular a los escarabajos cornudos.

Estos genes, Distal-less y homothorax, influyen en la mayoría de los aspectos del desarrollo larval del insecto, y por tanto no han sido considerados como implicados en la evolución de nuevos rasgos.

En las dos especies de escarabajos cornudos que estudiaron Moczek y Rose, las secuencias genéticas del Distal-less y el homothorax eran muy poco diferentes, lo cual sugiere que los dos genes han conservado sus identidades únicas debido a que las presiones selectivas no han cambiado. No fueron los propios genes los que experimentaron variaciones, sino cuándo y dónde se activan.

La evolución de rasgos nuevos no requiere de la evolución de nuevos genes. De la "caja de herramientas" genética de un organismo pueden surgir muchas innovaciones.

Moczek y Rose descubrieron que todos los genes de desarrollo son candidatos para tal reclutamiento, no sólo los genes cuyas funciones de desarrollo se consideran como no esenciales o limitadas en sus efectos.

Moczek también piensa que los resultados de este nuevo estudio pueden impulsar a los biólogos evolutivos a revisar las ideas que se tienen de la pleiotropía, el concepto fundamental de un gen influyendo sobre muchos rasgos.

"Puede ser que nuestra comprensión de la pleiotropía sea demasiado simplista", explica Moczek. "Ahora que sabemos que genes fundamentales de desarrollo pueden adquirir nuevas y diversas funciones con relativa facilidad, puede que la pleiotropía no sea tan restrictiva como habíamos pensado".

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• Indiana U.

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Plástico "Que Crece en los Arboles"

Algunos investigadores esperan convertir a los vegetales en sucedáneos renovables y no contaminantes de los yacimientos de petróleo crudo. Para lograr esto, los científicos tienen que aprender a transformar de forma barata y eficiente la biomasa vegetal en un producto base para la fabricación de plásticos y combustibles. En una nueva investigación, unos químicos han convertido exitosamente celulosa (el carbohidrato más común de las plantas) directamente mediante una sola fase en un producto base llamado HMF.

El resultado de este trabajo se ha valido en parte del de un trabajo anterior realizado por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste. En ese trabajo, los científicos produjeron HMF a partir de azúcares simples derivados de la celulosa. En este nuevo trabajo, los investigadores desarrollaron una forma de omitir la fase de formación de azúcares e ir directamente de la celulosa al HMF. Este proceso simple produce con un alto rendimiento HMF y permite usar la celulosa en bruto como materia prima.

Z. Conrad Zhang lideró el trabajo.
En biomasas como la madera, la celulosa es el polímero más abundante que los científicos están tratando de transformar en biocombustibles y plásticos.

El HMF puede ser utilizado como un producto base para los plásticos y para sucedáneos de la gasolina y el gasóleo, esencialmente los mismos combustibles obtenidos del petróleo crudo.

En los nuevos experimentos para mejorar el método de producción, los miembros del equipo comprobaron que ellos podían obtener, de manera reiterada, un alto rendimiento en la producción de HMF. Su método perfeccionado convirtió en HMF cerca del 57 por ciento del contenido de azúcar de la celulosa usada como materia prima, a través de este proceso de una sola fase. El equipo recuperó más del 90 por ciento del HMF formado, y el producto final del proceso tenía un 96 por ciento de pureza.

Con el nuevo desarrollo, se está ya muy cerca de poder convertir, en un proceso de una sola fase, la biomasa en un nuevo producto base, que puede ser transformado con facilidad en combustible para vehículos o ser usado para sintetizar plásticos y otros materiales útiles. Avances como éste pueden ayudar a reducir la dependencia humana hacia los combustibles fósiles.

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• PNNL

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Gran Aumento de Oxígeno Causó la Primera Era Glacial de la Tierra

Un equipo internacional de geólogos puede haber dado con la respuesta a una pregunta muy debatida desde hace tiempo. Parece que la era glacial más temprana de la Tierra pudo ser ocasionada por el aumento de los niveles de oxígeno en la atmósfera, que actuó en detrimento de los gases atmosféricos de efecto invernadero y enfrió el planeta.

Científicos de la Universidad de Maryland, entre los que figuran Boswell Wing, Sang-Tae Kim, Margaret Baker, Alan J. Kaufman y James Farquhar, junto a colegas en Alemania, Sudáfrica, Canadá y Estados Unidos, han obtenido evidencias de que la oxigenación de la atmósfera de la Tierra, generalmente conocida como la Gran Oxidación, coincidió con la primera era glacial en el planeta.

Usando isótopos de azufre para determinar el contenido de oxígeno en rocas de 2.300 millones de años de antigüedad en cierto punto de Sudáfrica, han hallado evidencias de un aumento súbito del oxígeno atmosférico, coincidiendo con las pruebas físicas aportadas por residuos glaciales, así como la evidencia geoquímica de lo que podría definirse como un "nuevo orden mundial del ciclo del carbono" para aquella época.

El cambio de los isótopos de azufre coincidió con la primera anomalía conocida en el ciclo del carbono. Esto pudo haber sido el resultado de la diversificación de la vida fotosintética que produjo el oxígeno que cambió la atmósfera.

Hace 2.500 millones años, antes de que la atmósfera terrestre tuviera una cantidad apreciable de oxígeno, las bacterias fotosintéticas emitieron el que probablemente oxigenó en primer lugar la superficie del océano, y sólo más tarde la atmósfera. El primer oxígeno formado reaccionó con el hierro en los océanos, creando óxidos férricos que se depositaron en el fondo oceánico, en sedimentos conocidos como formaciones de hierro en bandas. Se trata de depósitos multicapa de roca rojiza amarronada que se acumuló en las cuencas oceánicas por todas partes del mundo. Posteriormente, el oxígeno escapó del mar y empezó a rellenar la atmósfera.

Una vez que el oxígeno pasó a la atmósfera, los científicos creen que debió reaccionar con el metano, un poderoso gas de efecto invernadero, para formar dióxido de carbono, que es 62 veces menos eficaz para calentar la superficie del planeta. Con menos potencial de calentamiento, las temperaturas de la superficie terrestre y marítima debieron desplomarse, produciendo glaciares en muchos terrenos y grandes masas de hielo marino.

Además de su efecto sobre el clima, el aumento en el oxígeno estimuló un incremento en el ozono estratosférico, nuestro "toldo" global. Esta capa de gas, ubicada a una altura de entre 19 y 50 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, disminuyó la cantidad de rayos ultravioleta dañinos que alcanzaban los océanos, permitiendo que afloraran a la superficie organismos fotosintéticos que previamente vivían mucho más abajo, y eso hizo incrementar la emisión de oxígeno, y también la acumulación de ozono estratosférico.

La mayor cantidad de oxígeno en la atmósfera también tuvo que haber estimulado los procesos de erosión, con la consiguiente aportación extra de nutrientes minerales a los mares, y también pudo haber empujado la evolución biológica hacia los eucariotas.

El resultado de la Gran Oxidación, según Kaufman y sus colegas, fue una completa transformación de la atmósfera de la Tierra, de su clima, y de la vida que pobló su superficie.

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• U. Maryland

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Alfombra de Invisibilidad

Unos investigadores de la Universidad Cornell han desarrollado un dispositivo que puede hacer parecer que un bulto en una alfombra no está allí. Sería algo parecido a cubrir con una alfombra un objeto voluminoso y que éste pareciera ser aplastado por ella sin dejar huella alguna o bien tragado por el suelo, con el resultado de que cualquier observador que no hubiera visto la desaparición creería que no hay nada bajo la alfombra.

Por ahora, la ilusión sólo se genera a escala nanométrica, pero los investigadores creen que el principio básico podría aplicarse a objetos de tamaño mucho mayor, con usos muy provechosos dentro del ámbito militar y el sector de las comunicaciones, o quizás incluso ser empleado de manera distinta para concentrar la energía solar.

Un dispositivo similar ha sido recientemente anunciado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley.

Con anterioridad, se han demostrado dispositivos que desvían las microondas alrededor de objetos pequeños, haciéndolos invisibles en esta franja del espectro electromagnético. Sin embargo, el dispositivo de la Universidad Cornell es el primero capaz de trabajar en una franja de la luz visible.

El dispositivo experimental fue construido por Michal Lipson, profesora de ingeniería electrónica y computación, y sus colegas en su Grupo de Investigación en Nanofotónica, basándose en un diseño hecho por físicos británicos. La alfombra desvía la luz que rebota de una superficie reflectante, de un modo que corrige la distorsión causada por un bulto en la superficie.

Mediante el prototipo de alfombra de invisibilidad, un bulto de 5 micras se vuelve invisible. Cualquier observador ve tan sólo una superficie plana.

Se espera que el dispositivo opere en una gama de longitudes de onda que va desde el infrarrojo hasta la luz visible de color rojo.

Conviene aclarar que todavía queda un largo camino para, por ejemplo, ocultar carros blindados en un campo de batalla. Hacer invisible algo mediante las alfombras de esta clase rudimentaria es como esconderlo dentro de un espejo, y la presencia de un espejo podría resultar sospechosa en bastantes lugares.

Un dispositivo práctico de invisibilidad también tendría que ajustarse en tiempo real a la postura y movimientos del objeto ocultado.

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• Cornell U.

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Reabsorción de CO2 Por Hormigón

Muchos científicos piensan actualmente que por lo menos un 5 por ciento del aporte antropogénico de carbono a la atmósfera proviene de la industria del hormigón, tanto por el uso de energía como por el dióxido de carbono (CO2) que se libera como subproducto de la producción del cemento, uno de los componentes principales del hormigón.

Aún así, varios estudios han mostrado que pequeñas cantidades de CO2 después se reabsorben en el propio hormigón, incluso décadas después de que haya sido colocado, cuando los elementos del material se combinan con el CO2 formando calcita.

Un nuevo estudio sugiere que la reabsorción podría extenderse a otros productos además de la calcita, aumentando la cantidad total de CO2 retirada de la atmósfera por el propio hormigón y reduciendo así su aporte neto a la concentración atmosférica de este gas.

Aunque aún es preliminar, la investigación de Liv Haselbach, profesora de ingeniería civil y medioambiental en la Universidad Estatal de Washington, confirma unos resultados obtenidos por primera vez hace casi medio siglo, los cuales indican que se pueden formar otros compuestos químicos orgánicos en el hormigón además de la calcita. Tales resultados han cobrado una gran importancia en años recientes debido a los efectos del calentamiento global y a la necesidad de combatirlos.

Aunque estos compuestos pueden compensar sólo un cinco por ciento del subproducto de CO2 de la producción del cemento, ese porcentaje representa, en el marco global, una cantidad muy elevada. El hormigón es el material de construcción más usado en el mundo.

Los científicos saben desde hace décadas que el hormigón absorbe CO2 para formar calcita (carbonato de calcio, CaCO3) durante su vida útil en una edificación, y más tiempo incluso si el hormigón se recicla para aprovecharlo en una nueva construcción. Y, debido a que es un poco permeable, el efecto se extiende más allá de las superficies expuestas.

Aunque tales cambios pueden acarrear riesgos para las estructuras de hormigón armado, debido a que el cambio de acidez puede dañar el metal del interior después de varias décadas, el CaCO3 es más denso que algunos de los materiales que reemplaza y puede agregar fuerza a la estructura.

El análisis cuidadoso de las muestras de hormigón que realizó Haselbach parece mostrar que pueden estar formándose otros compuestos además de la calcita. Aunque los compuestos todavía no han sido identificados, ella es optimista sobre su potencial. "Comprender la química compleja de absorción del dióxido de carbono en el hormigón puede ayudarnos a desarrollar tecnologías para acelerar el proceso en materiales tales como el hormigón o el pavimento reciclados. Quizás esto podría ayudarnos a lograr un balance neto de casi cero para el carbono, al menos en cuanto a las reacciones químicas, durante el ciclo de vida de tales productos".

Información adicional en:

• NSF

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Limusaurus inextricabilis, un dinosaurio clave en la transición a las aves

Un dinosaurio del Jurásico que tenía pico y era herbívoro es el último añadido a la colección de terópodos que representan la evolución de estos dinosaurios a las aves. Hallado en China, ofrece nuevas e importantes pruebas de cómo la mano de los dinosaurios evolucionó hasta la mano de tres dedos de las aves, ahora prácticamente oculta en las alas, explican en Nature sus descubridores, el chino Xu Xing y el estadounidense James Clark.

Limusaurus inextricabilis, que quiere decir "el lagarto que no se pudo escapar del barro", fue encontrado en depósitos de hace 159 millones de años en Xinjian, al noroeste de China. Los ejemplares estaban fosilizados unos encima de otros, y el yacimiento protagonizó la película de National Geographic de 2008 titulada Trampa mortal de dinosaurios.

El nuevo terópodo era de pequeño tamaño y no tenía dientes, lo que indica que ya disponía de pico totalmente desarrollado. Sus patas delanteras eran muy cortas, con unas manos raras que aportan nueva información a la polémica sobre cuáles son los dedos que se perpetuaron en las aves actuales, que son descendientes de los terópodos. Los investigadores creen que la mano del Limusaurus (que tiene un pulgar muy reducido y los tres siguientes dedos más desarrollados) representa la transición de los cinco dedos ancestrales a los tres dedos.

Ellos creen que en la evolución se mantuvieron los tres dedos centrales, como, por otra parte, indica la disposición de los dedos en los embriones de aves. Otros terópodos hallados anteriormente parecen indicar que se mantuvieron los tres primeros dedos, lo que lleva a la conclusión de que se produjeron cambios complejos en la muñeca y en los propios dedos a lo largo de la evolución de la mano al ala.

EL PAÍS

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