El cerebro es lo que más diferencia a los humanos del resto de primates

El cerebro humano es más grande que el de nuestros parientes vivos más cercanos –el chimpancé, el bonobo y el gorila–, pero esto no explica las funcionalidades que hacen que sea único.

 

Un análisis de los tejidos de cerebros humanos, chimpancés y macacos, publicado hoy en la revista Science, concluye que el cerebro humano no solo es una versión más grande del cerebro primate ancestral, sino que ha acumulado un gran número de diferencias. Esto lo convierte en el órgano primario que da identidad a nuestra especie.

 

“Que nuestros cerebros sean tres veces mayores que los de los chimpancés es un hecho muy destacable que se ha conseguido en poco más de un millón de años”, explica Tomàs Marquès-Bonet, profesor de investigación ICREA en la Universitat Pompeu Fabra (UPF) (Catalunya, España) e investigador y director del Instituto de Biología Evolutiva (IBE), y uno de los autores del estudio.

“Los cerebros humanos tienen muchas más células que las de los otros primates, y estas están más interconectadas; por ello, tienen más capacidad de procesamiento”, añade el experto.

 

En el estudio se analizaron 247 muestras de tejido de 16 regiones del cerebro implicadas en el comportamiento y en el proceso cognitivo de alto nivel –en concreto, del hipocampo, la amígdala, el estriado, el núcleo dorsomedial del tálamo, la corteza cerebelosa y once áreas del neocórtex–. Las muestras procedían de seis humanos, cinco chimpancés y cinco macacos.

 

Tras el análisis, liderado por Nenad Sestan, catedrático de la Universidad de Yale (EE UU) e investigador del Instituto Kavli de Neurociencias, se observaron entre las especies de primates sorprendentes similitudes en cuanto a la expresión génica en todas las regiones del cerebro estudiadas, e incluso en el córtex prefrontal, la región del cerebro implicada en el aprendizaje de orden superior que más diferencia a los humanos de los otros simios.

 

En cambio, el área del cerebro humano en el que se detectó una expresión génica más específica fue el estriado, una región que habitualmente se asocia al movimiento y que podría estar vinculada a la bipedación.

 

Los científicos también observaron entre las especies de primates sorprendentes similitudes en cuanto a la expresión génica en todas las regiones del cerebro estudiadas.

 

Los coautores del estudio, André M. M. Sousa y Ying Zhu, ambos investigadores del laboratorio de Sestan, se centraron en el gen TH, que está implicado en la producción de dopamina, un neurotransmisor con un papel clave en la función del orden superior, y que está ausente en las personas afectadas por la enfermedad de Parkinson.

 

Sousa y Zhu observaron que, mientras que el gen se expresaba mucho en una población rara de neuronas inhibidoras del neocórtex y del estriado en humanos, no aparecía en el neocórtex del cerebro humano. Según Sousa, “la expresión de este gen en el neocórtex se perdió, muy probablemente, en un antepasado común, y reapareció en el linaje humano”.

 

En la investigación también se hallaron altos niveles de expresión del gen MET, vinculado con el trastorno del espectro autista, en el córtex prefrontal humano en comparación con los tres primates estudiados. (Fuente: IBE)

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Descubren que el ADN puede formar nudos muy complejos dentro del núcleo celular

Investigadores del CSIC han demostrado por primera vez que la presencia de nudos es habitual en el ADN intracelular. Estos nudos pueden ser muy dañinos para la actividad y estabilidad genética. Sin embargo, los autores del estudio muestran que también existen mecanismos que minimizan el grado de anudamiento del ADN para permitir una correcta conformación y dinámica de los cromosomas.

Las largas moléculas del ADN se pliegan de un modo jerarquizado para mantener la organización espacial del genoma dentro del núcleo celular. Primero, segmentos del ADN se enrollan periódicamente sobre octámeros de histonas para formar nucleosomas.  Las cadenas de nucleosomas se compactan longitudinalmente para formar fibras de cromatina, que a su vez se superenrollan y se pliegan creando asas para dar forma a los cromosomas.

Durante el proceso de condensación y descondensacion de las cadenas de nucleosomas y fibras de cromatina, unas enzimas denominadas topoisomerasas tienen un papel esencial.

Las topoisomerasas eliminan los problemas topológicos (tensiones, nudos, encadenamientos) que surgen entre distintos segmentos de las moléculas del ADN. En particular, la topoisomerasa II produce cortes transitorios en la doble hélice del ADN, lo que permite que segmentos del ADN puedan pasar unos a través de otros, tal como hacen los magos cuando unen o separan dos aros de metal.

Patrón de nudos de ADN formados en las fibras de cromatina en células vivas. (Foto: CSIC)

"Si bien la topoisomerasa II es capaz de eliminar los problemas topológicos del ADN, esta enzima también puede provocar la formación de nudos cuando las moléculas del ADN se encuentran condensadas en las fibras de cromatina", explica el director del estudio, Joaquim Roca, investigador del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del CSIC. "Por tanto, hay un equilibrio entre la formación y eliminación de nudos, que las células deben regular para evitar que todo su ADN se convierta en una maraña descomunal de filamentos", añade.

Otro aspecto interesante derivado de esta investigación es que el análisis de los nudos formados en el ADN intracelular permite deducir propiedades estructurales de la cromatina in vivo. "La abundancia y el tipo de nudos que observamos nos indican que las cadenas de nucleosomas son muy flexibles, y que las fibras de cromatina están formadas por agregados irregulares de nucleosomas que se repiten de forma periódica", apunta Roca. (Fuente: CSIC

Recuperado de http://noticiasdelaciencia.com/not/26537/descubren-que-el-adn-puede-formar-nudos-muy-complejos-dentro-del-nucleo-celular/

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Uno de los ambientes más extremos de la Tierra podría albergar nuevos microorganismos

Investigadores del Conicet de Argentina, el Centro de Ecología Aplicada (CEA) de Chile, la Universidad Nacional de La Plata (Argentina), la Universidad de Conneticut (Estados Unidos) y el Centro Australiano de Astrobiología han descubierto que uno de los ambientes más extremos de la Tierra, la laguna La Brava, en el Salar de Atacama (Chile), podría contener nuevos microorganismos.

Esta laguna está ubicada en el extremo sur del Salar de Atacama, una de las zonas donde existen las mayores reservas de litio del planeta, de difícil acceso y rodeada de sal y volcanes activos.

“En esta laguna se recrean algunas de las condiciones que se cree que habría tenido la Tierra primitiva. Es un ambiente salino, alcalino, cargado de arsénico, con gran influencia de radiación ultravioleta y con fuentes de agua subterránea cargadas de iones”, apunta María Eugenia Farias, del Laboratorio de Investigaciones Microbiológicas de Lagunas Andinas (LIMLA) de Argentina, quien recuerda que aquí el grupo encontró vivos los ecosistemas más antiguos de planeta, microbialitos -piedras formadas por carbonatos de calcio-, oncolitos y tapetes microbianos.

Para conocer más sobre la interacción de los microbios con su medio, los investigadores analizaron el entorno microbiano de Laguna La Brava. Las actividades metabólicas de los microbios alteran su microambiente y en ocasiones pueden inducir procesos como la precipitación y disolución de los minerales.

Así, colectaron muestras de los ecosistemas microbianos más representativos como microbialitos, tapetes microbianos y concreciones carbonáticas habitadas por microorganismos. A través de métodos de secuenciación masiva, se encontró que estos ecosistemas están formados por bacterias y arqueas pero que las cianobacterias son escasas o casi inexistentes. “De ahí surgió la pregunta sobre quien estaría fijando el carbono”, recuerda Farias, quien añade que se hicieron estudios de las distintas capas de estos ecosistemas mediante microscopía electrónica, secuenciación masiva, mineralogía y medición de perfiles de oxígeno y sulfuro de hidrógeno.

Ubicación del sitio e imágenes que muestran los sistemas estudiados. (Foto: Farias et al (2017))

Por primera vez, reportaron la diversidad de este tipo de ecosistemas microbianos. “Los dominantes son las arqueas. En la superficie predomina Euryarchaeota y en la profundidad Crenarchaeota. Además encontramos Phylum raros como los Planctomycetes, entre otros. La diversidad microbiana difiere de todo lo conocido hasta ahora y hace sospechar que la fijación de carbono se hace de una forma alternativa al ciclo de Calvin, que es el que llevan a cabo las cianobacterias y las plantas, principalmente”, concluye.

Los autores sugieren que puede haber otros microorganismos responsables de la precipitación de minerales en estos ecosistemas. De este modo, la investigación adicional en estos sitios podría revelar nuevos organismos y metabolismos de interés biotecnológico.

Los investigadores estudian desde hace 15 años la microbiología de las lagunas salares y volcanes de la Puna de Atacama, un territorio fronterizo entre Argentina, Chile y Bolivia que alberga los ecosistemas más antiguos del planeta. Las condiciones extremas en las que se encuentra permiten recrear las condiciones de la tierra primitiva, ecosistemas prehistóricos que dan pistas de cómo podría haber sido la vida en sus orígenes.

Allí reportaron, por primera vez, microbialitos modernos, los encargados de la liberación de oxígeno a la atmosfera, creando la capa de ozono y dando origen a la vida en el planeta. “En el año 2009 reportamos en la Puna los ecosistemas tipo microbialitos vivos más altos de la Tierra. Desde entonces hemos inspeccionado todo el altiplano de Argentina, Chile y Bolivia en busca de estos ecosistemas, los hemos puesto en valor para la ciencia y la sociedad y hemos estudiado, a través de la metagenómica, la forma en que estos ‘fósiles vivientes’ siguen funcionando como lo hacían sus ancestros hace 3400 millones de años. Estos ecosistemas están asociados a salares donde se lleva a cabo actualmente un intenso trabajo de prospección y explotación de litio”, explica la investigadora. (Fuente: Cristina G. Pedraz/DICYT)

Recuperado de: http://noticiasdelaciencia.com/not/26439/uno-de-los-ambientes-mas-extremos-de-la-tierra-podria-albergar-nuevos-microorganismos/

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Usan algas para descontaminar aguas residuales y producir abono

Una colaboración entre investigadores brasileños y holandeses está demostrando que es posible transformar las llamadas aguas negras -una fracción más "pesada" del proceso de alcantarillado residencial, compuestas básicamente por una mezcla poco diluida de excrementos y orina proveniente del inodoro- en una especie de central de producción de algas.

Al crecer con la ayuda de los nutrientes de esos efluentes, las algas unicelulares del género Chlorella ayudan a descontaminar este líquido y, al mismo tiempo, producen cantidades apreciables de biomasa que podría utilizarse naturalmente o procesada como abono.

Los resultados alcanzados en el marco de este trabajo hasta el momento se dieron a conocer a comienzos de septiembre, durante un workshop realizado en la Escuela de Ingeniería de São Carlos de la Universidad de São Paulo (EESC-USP), que contó con la presencia de científicos de ambos lados del Atlántico. Del lado brasileño, esta colaboración cuenta con financiamiento de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo - FAPESP, en tanto que la contrapartida europea del fomento proviene de la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO). La conclusión de este proyecto colaborativo, que tiene una duración de cuatro años, está prevista para enero de 2018.

Según Luiz Antonio Daniel, docente del Departamento de Hidráulica y Saneamiento de la EESC-USP y uno de los coordinadores de la colaboración, el objetivo consiste en resolver el problema de la gestión de los residuos que en la actualidad genera el propio proceso de tratamiento de las aguas residuales.

Daniel explica que los excrementos y la orina que se descargan por los desagües de los inodoros tienen entre sus principales componentes el carbono de la materia orgánica, nitrógeno y fósforo. De drenárselos hacia los cursos de agua en grandes cantidades, tanto el nitrógeno como el fósforo pueden provocar eutrofización, es decir, el crecimiento excesivo de microorganismos acuáticos (especialmente algas), lo que lleva a desequilibrios potencialmente serios de la comunidad de seres vivos presentes en el agua, además de que cargan, tal como es lógico, posibles organismos causante de enfermedades.

"En el proceso de tratamiento de aguas residuales más común actualmente, es necesario usar productos químicos para remover el fósforo del agua, y lo que sobra es un lodo que tiene poca aplicabilidad: de acuerdo con la legislación vigente en algunos estados brasileños, no puede usárselo como fertilizante en la agricultura, por ejemplo", explica Daniel. "Ese lodo termina entonces yendo a parar a los rellenos sanitarios, es decir que se efectúa un gasto considerable únicamente para poder librarse de él."

Pero no siempre ha sido así. En su presentación durante el workshop, la holandesa Grietje Zeeman, profesora emérita de la Universidad de Wageningen, mostró fotos del sistema de recolección de desechos humanos en barriles que se utilizó en su país durante los siglos XIX y XX (y que sólo se desactivó totalmente a comienzos de la década de 1980).

Los excrementos y la orina recolectados residencialmente ayudaban como abono de las plantaciones de Holanda en ese entonces. "Con nuestro sistema actual, al que puede denominarse 'flush and forget' [algo así como 'apriete el botón y olvídese'], ese ciclo de re aprovechamiento de nutrientes se interrumpió. Nuestra idea es cerrar el ciclo nuevamente", explica Zeeman.

Para alcanzar esta meta, el primer paso consiste en descentralizar considerablemente la recolección de aguas residuales, de manera tal de evitar que se produzca una gran dilución de aguas negras, y de los nutrientes que cargan los excrementos y la orina.

"No sería necesario descentralizar excesivamente, con un sistema de tratamiento de las aguas residuales por cada residencia o edificio: podemos pensar en unidades que sirvan para algunos miles de habitantes, hasta 10 mil más o menos", estima Daniel.

"Como alrededor del 50% de los municipios brasileños tienen menos de 10 mil habitantes, y tan sólo una cuarta parte de éstos cuenta con sistemas de tratamiento de desagües, sería posible preparar muchos lugares para que adopten ese concepto desde el comienzo."

En los reactores que probó el equipo, las algas Chlorella se valen del nitrógeno y del fósforo de las aguas negras, como así también de los micronutrientes presentes en los desechos humanos para multiplicarse. El siguiente paso -que consiste en recolectar las capas de microbios que crecieron en el líquido- puede hacerse de dos maneras, comenta el investigador de la USP.

"En Holanda se emplea mucho la sedimentación, en la cual un polímero hace que las algas se sedimenten y puede recolectárselas desde el fondo del reactor. Acá hemos venido trabajando con la flotación: inyectamos aire comprimido en el líquido, y así se forman burbujas en la superficie que contienen algas que suben. El brazo de un raspador mecanizado va recogiendo esa biomasa y la lleva hacia una canaleta", dijo Daniel.

Precisamente por haber absorbido el nitrógeno y el fósforo de las aguas negras, las algas son ricas en estos elementos, que son esenciales para el abono a escala industrial que se emplea actualmente. Para aprovechar ese potencial, también es necesario trabajar en métodos eficientes de secado de la biomasa, explica Daniel. De almacenárselas en forma húmeda, las células de las algas pueden terminar rompiéndose, "derramando" justamente los nutrientes que deberían aprovecharse al final del proceso.

La colaboración con el equipo de la Holanda, de acuerdo con el investigador brasileño, ha sido sumamente útil desde el punto de vista comparativo. Si se tienen en cuenta las diferentes condiciones climáticas de cada país, es posible pensar en modos de optimizar la producción de algas dependiendo del contexto.

"Allá no tienen sol todo el año como lo tenemos acá, por ejemplo, ni hace un calor tan intenso como en Brasil, lo que a veces llega incluso a complicar el crecimiento de las algas", ejemplifica Daniel. "Por eso mismo, el modelo del reactor holandés que nosotros testeamos en la USP termina calentándose demasiado. Para llegar a una escala mayor, debemos hacerle varios ajustes."

La optimización de todo el proceso para que funcione a escala industrial es el próximo paso de los estudios. Las pruebas de campo se realizarán en la Estación de Tratamiento de Aguas Residuales del Monjolinho, en São Carlos, São Paulo.

Una ventaja del uso de las Chlorella en el proceso indica que las algas ya se encuentran presentes en la naturaleza y no requieren modificaciones genéticas para cumplir su papel. Por ende, no habría problemas relacionados con el drenaje de las aguas residuales tratadas hacia ríos y lagos.

"Si se deja una muestra de aguas residuales al aire libre, será colonizada naturalmente: quedará verde", explica Daniel. Para el investigador, es importante pasar a abordar a las aguas negras y a otros efluvios como potenciales recursos. (Fuente: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo)

Recuperado el 17 de noviembre del 2017 de: http://noticiasdelaciencia.com/not/26361/usan-algas-para-descontaminar-aguas-residuales-y-producir-abono/

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Revelan el mecanismo por el cual dormir poco perjudica a nuestra capacidad de atención

Un nuevo estudio es el primero en desvelar cómo la falta de sueño altera la capacidad de nuestras células cerebrales a la hora de comunicarse entre sí, lo que lleva a lapsos mentales temporales que afectan a la memoria y a la percepción visual, entre otras facultades.

El equipo de Itzhak Fried, de la Escuela David Geffen de Medicina en la Universidad de California en la ciudad estadounidense de Los Ángeles (UCLA), y Yuval Nir, de la Universidad de Tel Aviv en Israel, estudió a 12 pacientes epilépticos que tenían electrodos implantados en sus cerebros para poder localizar el origen de sus ataques antes de la operación quirúrgica destinada a solucionar su problema. Debido a que no dormir lo suficiente puede provocar ataques, estos pacientes permanecen despiertos toda la noche para acelerar la aparición de un episodio epiléptico y acortar su estancia hospitalaria.

El equipo pidió a los pacientes que clasificaran una serie de imágenes lo más rápido posible mientras sus electrodos registraban la emisión de señales ("disparos") de casi 1.500 células cerebrales individuales en tiempo real. Los científicos se concentraron en el lóbulo temporal, que regula la percepción visual y la memoria.

La realización de la tarea se hizo cada vez más difícil a medida que los pacientes se sentían más y más somnolientos. A medida que estos se ralentizaban en la realización de la tarea, también lo hacían sus células cerebrales. Fried, Nir y sus colegas comprobaron cómo el no haber dormido mitigaba la actividad celular normal del cerebro. En vez de la habitual reacción rápida, las neuronas respondían despacio, disparándose más débilmente, y sus transmisiones se prolongaron más de lo normal.

En las personas que no han dormido lo suficiente, son comunes las neuronas que reaccionan más despacio y se disparan más débilmente. (Imagen: UCLA)

No haber dormido interfería en la capacidad de las neuronas de codificar información y traducir las señales visuales en pensamientos conscientes.

El mismo fenómeno puede suceder cuando un peatón pasa por delante de un vehículo conducido por alguien que no ha dormido lo suficiente. Tal como señala Fried, el propio acto de ver al peatón se ralentiza en el cerebro demasiado cansado del conductor; necesita más tiempo para reconocer lo que están captando sus ojos.


Los autores del estudio también descubrieron que la actividad más lenta de las células cerebrales de los pacientes estaba acompañada por ondas cerebrales más lentas en las mismas regiones del cerebro. Este fenómeno parece corroborar, en palabras de Fried, que esas regiones de los cerebros de los pacientes estaban adormiladas, causando lapsos mentales, mientras que el resto del cerebro se hallaba despierto y funcionaba como siempre.

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INTRODUCCIÓN

El mundo de la Biología es muy amplio. Según su etimología (Bio-vida; logia-estudio) significa "estudio de la vida"
El conocimiento de la organización de la materia es indispensable para comprender la estructura y función de los seres vivos. Justamente las interrelaciones entre los átomos y las moléculas, son las que permiten el desarrollo de todas las funciones vitales de los organismos animales. Estos están constituidos por miles de moléculas orgánicas diferentes, que se agrupan en cuatro categorías principales: carbohidratos, lípidos, proteínas o ácidos nucleicos.
La información genética que controla la vida de cada célula está contenida en sus cromosomas, más específicamente en su ADN, codificándose y transfiriéndose de generación en generación. A lo largo de miles de millones de años surgieron las especies a partir de otras preexistentes por un proceso llamado de "descendencia con modificación" o "evolución".
Una de las características de la naturaleza es la gran diversidad de organismos que la componen. La taxonomía, es la ciencia que se encarga de la búsqueda del orden natural, mediante la que se obtienen las distintas clasificaciones animales.

 Recuperado de: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/54

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