Ciencia 15

Juego GO: Un computador vence a un profesional

Wed, 20 Aug 2008 18:57:49 +0200

Ya sabemos que los computadores han ganado a los campeones del mundo de los juegos de damas y de ajedrez; pero curiosamente el juego de origen chino GO se resist�a.

El algoritmo que funcionaba muy bien en ajedrez, llamado alfa-beta, no funciona con el juego Go.

Los investigadores del INRIA, CNRS y la Universidad Par�s Sur, han desarrollado un programa para jugar al Go al que han llamado MOGO y recientemente (22 de marzo de 2008) ha vencido a un jugador profesional (Myungwan Kim) en un juego que dur� una hora, aunque Kim jugaba con handicap. Los desarrolladores del programa esperan que en muy poco tiempo puedan vencer sin handicap.

Aunque, la verdad es que el programa no funcionaba en un PC, sino en un computador con 800 procesadores trabajando en paralelo.

http://www.scriptol.org/algorithms/uct-algorithm-go-game.html

UCT, Upper bound for Confidence Tree incluye el uso de simulaciones de Monte Carlo para evaluar la siguiente jugada.

M�s datos sobre Mogo

M�s sobre el algoritmo UCT

Lightning GT: Otro coche totalmente el�ctrico

Tue, 19 Aug 2008 21:10:59 +0200

En una historia anterior hablaba de varios coches totalmente el�ctricos. Hoy quiero hablar de otro, del llamado Lightning GT que acaba de presentarse en la feria del autom�vil de Londres.

(Lighning GT)

Hay muchos coches el�ctricos. La mayor�a de ellos peque�o, feos y lentos. En otro grupo, mucho m�s escaso, est�n los grandes deportivos el�ctricos, que van de 0 a 100 km/h en 3,6 s. Que est�n hechos en fibra de carbono y que disponen de todo tipo de lujos. Su problema es el precio: en torno a los 600�000 E (S� seiscientos mil euros, no me he equivocado en los ceros). En esta familia est� el Venturi Fetish.

(Venturi Fetish)

Y hay un tercer grupo que es el que a m� me parece m�s interesante; se trata de coches con buenas prestaciones y a precios no exageradamente caros. En esa l�nea, el primero que se est� produciendo en serie, aunque en cantidades muy peque�as, es el Tesla Roadster.

(Tesla Roadster)

Todav�a es caro; 109 000 d�lares en estados Unidos.

Se trata de un deportivo, de dos plazas, que acelera de 0 a 100 km/h en cuatro segundos, que tiene una autonom�a de 350 km/h, que se carga enchuf�ndolo a la red durante 8 horas, y que lleva bater�as de iones de litio, las mismas de los ordenadores port�tiles y de los tel�fonos m�viles (celulares). Los problemas de esas bater�as siempre han sido que tienen tendencia a explosionar si se calientan. Por eso, el �paquete� de bater�as est� refrigerado por agua; lleva m�s de seis mil peque�as bater�as, cada una de ellas rodeada de una envoltura de titanio, y una electr�nica que supervisa y corta el consumo de las que se calientas mucho... Adem�s, si se estropea una o unas pocas bater�as no pasa nada. Todo sigue funcionando. Un problema es que la vida estimada de las bater�as es de cinco a�os. Lo que encarece el coche tanto en precio como en consumo de energ�a, pues fabricar las bater�as consume mucha energ�a.

La empresa tiene otros dos modelos en cartera y est� construyendo una f�brica en California. Ser�n coches bastante m�s asequibles y de cuatro plazas. El primero que saldr�, seg�n ellos en 2010, aunque yo no me lo creo, se llama Whitestar y se calcula un precio (en Estados Unidos) de 35�000 US$. Y un precio m�s popular con un precio de 19�000 US$. La energ�a de las bater�as se aprovecha en un 80%, mientras que en uno convencional la energ�a de la gasolina no se aprovecha m�s all� del 40%. Por eso son un menos consumidores de energ�a.

El coche del quiero hablarles hoy es parecido al Tesla Roadster, pero tiene una enorme e importante diferencia. Se trata de las bater�as. Son nuevas bater�as hechas con nanotecnolog�a. Se llaman nano-safe. Sin duda las bater�as representan la mayor diferencia con el Roadster de Tesla. Estas nuevas bater�as no explosionan, se cargan (si la potencia del enchufe es suficiente) en 10 m. Cargan un poco menos que las de iones de litio convencionales, pero sus ventajas compensan. Estas bater�as, fabricadas por Altairnano, sustituyen el �nodo convencional (de grafito) por otro fabricado con cristales de titanato de litio cristalizados en forma de cristales c�bicos similares a los de la espinela.

Despu�s de 35�000 ciclos de carga y descarga siguen manteniendo el 85% de la carga. Lo que significa que duran unos doce a�os.

Se ha verificado que si se dispone de corriente alterna trif�sica se cargan al 85% en 10m. Tambi�n se pueden cargar con 220 voltios, pero los fabricantes del coche no han dicho cuanto se tarda en ese caso.

Todav�a no conocemos el precio del coche; pero si quiere competir con Tesla Roadster no le queda m�s remedio que ser de un precio aproximado. Desde mi punto de vista, lo m�s interesante es que ya hay otra marca dispuesta a competir al estilo de Tesla Roadster, lo que hace pensar que la tecnolog�a est� madura... Y yo estoy convencido de que es el futuro. Por suerte, no soy el �nico. Aqu� hay un art�culo de Radio Nederland (en espa�ol) que merece la pena. Es una llamada a los pol�ticos.

Detalles t�cnicos interesantes del Tesla Roadster
Art�culo sobre la fabricaci�n de las nano-safe

El Gran Colisionador de Hadrones empieza a funcionar

Tue, 19 Aug 2008 14:23:23 +0200

Hace ya muchos meses que en una de estas historias comentaba que una aver�a que hab�a tenido el Large Hadron Collider del CERN, su puesta en funcionamiento se hab�a retrasado unos pocos meses. Al final, han sido no unos pocos, sino muchos meses. Pero parece que la espera se acaba; el pasado de agosto se inyectaron los primeros protones y todo fue de maravilla. En palabras del director del proyecto, Lyn Evans, �la prueba no podr�a haber ido mejor�.

Y ya se ha dado fecha para el arranque de la primera prueba: 10 de septiembre.

Estaremos atentos a ver qu� ocurre. En cualquier caso tendremos que esperar hasta 2010 para que el Gran Colisionador de Hadrones alcance su potencia nominal.

Sincronizaci�n

Hitos de la biologia 5: el ser humano tiene 46 cromosomas...

Sat, 16 Aug 2008 20:04:52 +0200

1955: Los humanos tenemos 23 pares de cromosomas
Aunque parezca mentira, hasta 1956 no supimos con exactitud cuantos cromosomas ten�amos. La raz�n es sencilla: en los libros nos dibujan todo muy bien, muy clarito, muy visible; pero en la realidad todo era mucho m�s borroso y difuso. Hasta ese momento se hab�a aceptado que los seres humanos tenemos 48 cromosomas.
Fue el indonesio, de padres chinos, Joe Hin Jo quien demostr� que eran 46.
Joe Hin Joe estuvo trabajando en Zaragoza (Espa�a) desde 1948 hasta 1959. Pero pasaba sus vacaciones en la universidad de Lund en Suecia. Y fue all�, en las vacaciones de 1955, cuando descubri� que solo ten�amos 46 cromosomas (23 pares). El art�culo con el descubrimiento fue publicado en la revista escandinava Hereditasel 26 de enero de 1956. Figuraba como coautor su jefe en el laboratorio de Lund: Albert Levan. Por eso se suele considerar que la confirmaci�n de que tenemos tan s�lo 23 y no 24 pares de cromosomas es un trabajo de Tjio y Levan en 1956.
Tuvo la suerte de trabajar con cultivos de tejidos de fibroblastos de los pulmones de embriones. Por suerte, un ma�ana obtuvo una excelente separaci�n de los cromosomas (metaphase spread) lo que le permiti� contarlos sin duda alguna.

(Foto original de Tjio)

1958: El DNA se replica de modo semiconservador

En 1958 Matthew Meselson y Franklin Sthal (estadounidenses) experimentando con la famosa bacteria E. Coli, lograron demostrar que el DNA se replicaba semiconservativamente. Detr�s de esa palabra se esconde el hecho sencillo del que ya hemos hablado m�s arriba: La doble h�lice se rompe en dos hebras y de cada una de las hebras sirve de molde para sintetizar una nueva doble h�lice. La hebra se conserva y una hebra es la mitad (semi) de la doble h�lice.

1961: La informaci�n gen�tica va en tripletes
El sudaficano Sidnay Brenner descubre que la informaci�n gen�tica va en tripletes. Se sab�a que la informaci�n gen�tica estaba en el DNA y se sab�a que �ste conten�a cuatro letras (C.G.A.T). Tambi�n se sab�a que una prote�na estaba formada por amino�cidos, y que en los genes ten�a que estar la informaci�n de los amino�cidos que formaban la prote�na.

Amino�cidos ampliamente usados por los seres vivos son veinte; aunque hay otros dos, como son la selenociste�na y pirrolisina, que lo utilizan muy pocos seres vivos, pero lo hacen.

Con un c�digo de cuatro letras, tenemos lo siguiente.

Una letra podr�a identificar uno de cuatro amino�cidos; A ser�a un amino�cido; C ser�a otro; G otro y T otro. Pero no son cuatro sino 20.

Con dos letras podr�amos identificar 16 amino�cidos:
AA ser�a uno
AC otro
AG
AT

CA
CC
CG
CT

GA
GC
GG
GT

TA
TC
TG
TT

Pero son m�s de 16. Con tres letras se podr�an identificar 64 amino�cidos.

Sidney Brenner pens� que eso era suficiente e hizo experimentos que lo demostraron. Por lo tanto el c�digo gen�tico codifica amino�cidos con tres letras que se llaman tripletes o codones.

Hay codones par codificar 64 amino�cidos y solo hay veintid�s, parece que al c�digo le sobran cosas.

Fue Wittmann en 1962 quien demostr� que varios codones codificaban el mismo amino�cido. Un ejemplo. El amino�cido leucina se codifica como UUA,UUG, CUU, CUC, CUA, CUC, CUG y CUT. Hay nada menos que cinco codones para codificar un solo amino�cido.

Aqu� hay un hecho curioso. Si el cod�n de un amino�cido empieza por CU es leucina, sin duda. No se necesitan las tres letras, bastan con dos. Pero eso es en este caso particular; en otros casos s� se necesitan las tres letras.
Despu�s la tabla de equivalencias entre codones y amino�cidos se fue completando.

Otra duda que hab�a era si el c�digo era universal. Es decir, si CUA es leucina en todos los seres vivos. La respuesta es que casi s�. Hay unas pocas excepciones, pero que son eso: excepciones.

Hay un caso en el que hay algunas diferencias y est� en todas las c�lulas. Hay DNA en el n�cleo, pero tambi�n hay DNA en las mitocondrias. El DNA mitocondrial es casi id�ntico al del nuclear pero no es id�ntico. Por ejemplo, en el nuclear UGA sirve como se�al de fin de codificaci�n (ah� se acaba la prote�na). En el mitocondrial codifica el amino�cido tript�fano. Eso hace pensar que las mitocondrias son simbiontes que entraron en la c�lula, pero me estoy adelantando; volvamos a la historia.

Por otro lado un triplete dado no codifica nada m�s que un amino�cido. Es decir, no hay duda.

A veces los c�digos digitales utilizan alg�n tipo de separador para saber que se ha acabado la palabra (el amino�cido). Por ejemplo, nosotros, en nuestra escritura, utilizamos un espacio en blanco como separador. Podr�amos preguntarnos por el separador del c�digo gen�tico. Pero la respuesta es que no hay. Los tripletes que codifican amino�cidos van seguidos. Por ejemplo:

TTTAAAGGGCCC (DNA)
AAAUUUCCCGGG (RNA)

Normalmente el significado de los codones (tripletes) se da no en la forma como figura en el DNA. Sino en otra mol�cula (de la que no hemos hablado todav�a) que es el RNA. La s�ntesis de la prote�na se hace en los ribosomas, que est�n en el citoplasma. Quien lleva la informaci�n desde el n�cleo hasta el citoplasma es una mol�cula que act�a como mensajero. Es una copia invertida de lo que pone el DNA. Si en DNA hab�a una C se copia como G; si hab�a una G se copia como C,... pero la T no existe. Se sustituye por la U (uracilo). Por tanto, si hab�a una T se traduce en A, pero si hab�a una A se traduce no en T sino en U.

A esa mol�cula que es casi una copia invertida se le llama RNA mensajero.

Cuando empieza la decodificaci�n, se cogen las tres primeras letras (AAA) y esto sirve para que se escoja el amino�cido lisina. Despu�s se eligen las tres siguientes (UUU) que es fenilalalina. CCC que es prolina. Despu�s GGG que es glicina. (Total: lisina+fenilalanina+prolina+glicina)

Aqu� se nos plantean varios temas interesantes. Si un nucle�tido cambia (una mutaci�n). Por ejemplo AAC. Se ha sustituido la A por una C. En ese caso en vez de codificar lisina se codifica otro amino�cido, asparagina. Cuando se crea la prote�na, ah� un amino�cido incorrecto. Eso puede ser bueno para el organismo, malo o indiferente. Y aqu� tenemos una de las bases de la evoluci�n.

Pero puede haber algo mucho m�s grave: que se pierda una letra. Entonces en vez de AAAUUUCCCGGG, nos queda (si lo que se pierde es la tercera A): AAUUUCCCGGG.. que se codificar�a como: asparagina+fenilalanina+prolina+... Es decir, un poco diferente del original. Muchos de los amino�cidos cambian. Lo m�s probable es que la prote�na resultante sea una aberraci�n y no funcione.

==> Nota: aqu� hay un espacio enorme en blanco que no s� c�mo quitarlo

		U	C	A	G
Codones de RNA-Mensajero. Codones del n�cleo de un organismo habitual. Los codones de las mitocondrias son ligeramente diferentes. Y hay seres vivos con alguna invariaci�n en el c�digo
		2nda base
1ra base	U	UUU (Phe/F)Fenilalanina UUC (Phe/F)Fenilalanina UUA (Leu/L)Leucina UUG (Leu/L)Leucina	UCU (Ser/S)Serina UCC (Ser/S)Serina UCA (Ser/S)Serina UCG (Ser/S)Serina	UAU (Tyr/Y)Tirosina UAC (Tyr/Y)Tirosina UAA (Acabar) UAG (Acabar)	UGU (Cys/C)Ciste�na UGC (Cys/C)Ciste�na UGA (Acabar) UGG (Trp/W)Triptofano
	C	CUU (Leu/L)Leucina CUC (Leu/L)Leucina CUA (Leu/L)Leucina CUG (Leu/L)Leucina	CCU (Pro/P)Prolina CCC (Pro/P)Prolina CCA (Pro/P)Prolina CCG (Pro/P)Prolina	CAU (His/H)Istidina CAC (His/H)Istidina CAA (Gln/Q)Glutamina CAG (Gln/Q)Glutamina	CGU (Arg/R)Arginina CGC (Arg/R)Arginina CGA (Arg/R)Arginina CGG (Arg/R)Arginina
	A	AUU (Ile/I)Isoleucina AUC (Ile/I)Isoleucina AUA (Ile/I)Isoleucina AUG (Met/M)Metionina, comenzar	ACU (Thr/T)Treonina ACC (Thr/T)Treonina ACA (Thr/T)Treonina ACG (Thr/T)Treonina	AAU (Asn/N)Asparagina AAC (Asn/N)Asparagina AAA (Lys/K)Lisina AAG (Lys/K)Lisina	AGU (Ser/S)Serina AGC (Ser/S)Serina AGA (Arg/R)Arginina AGG (Arg/R)Arginina
	G	GUU (Val/V)Valina GUC (Val/V)Valina GUA (Val/V)Valina GUG (Val/V)Valina	GCU (Ala/A)Alanina GCC (Ala/A)Alanina GCA (Ala/A)Alanina GCG (Ala/A)Alanina	GAU (Asp/D)�cido asp�rtico GAC (Asp/D)�cido asp�rtico GAA (Glu/E)�cido glut�mico GAG (Glu/E)�cido glut�mico	GGU (Gly/G)Glicina GGC (Gly/G)Glicina GGA (Gly/G)Glicina GGG (Gly/G)Glicina

Aunque no hay separaci�n entre la codificaci�n de amino�cidos s� que la hay entre prote�nas. Hay una se�al de comienzo de prote�na (AUG) y una se�al de final (UAA, UAG, UGA). Pero lo dicho: me he adelantado mucho. Sigamos con nuestra historia.

Hitos de la biologia del siglo XX (3b): La revoluci�n verde

Sat, 16 Aug 2008 19:22:54 +0200

1945: La revoluci�n verde
Se suele situar el principio de la llamada �revoluci�n verde� en 1945, aunque como toda actividad humana compleja no es f�cil ponerle un principio.

La historia comienza en 1943 en M�xico. En aquel momento sus cosechas de grano eran muy poco productivas. Por mencionar unos ejemplos, la producci�n de ma�z por hect�rea era aproximadamente un cuarto de la Estados Unidos. La producci�n de trigo (con irrigaci�n) era de 800kg/ha.

El Ministerio Mexicano de agricultura, con ayuda de la Fundaci�n Rockefeller de Estados Unidos, iniciaron un ambicioso proyecto de investigaci�n, tratando de conseguir aumentar las cosechas y disminuir la dependencia de M�xico de la importaci�n de granos.

Empezaron con el ma�z pues es y era la base de la comida mexicana, de las famosas �tortillas�. Los agr�nomos mexicanos ya hab�an descubierto que las variedades de Estados Unidos no serv�an para M�xico y hab�an identificado muchas variedades nativas en su pa�s.

El ma�z es una planta que utiliza la polinizaci�n cruzada; es decir, el polen que poliniza una flor procede de otra planta. Por eso, lo que recog�a el agricultor era muy variable. Hab�a plantas altas y bajas; mazorcas grandes y peque�as, con muchos granos, con pocos, gordos, flacos, amarillos, rojizos,... todo ello hac�a m�s trabajosa la recolecci�n. Y hab�a algo m�s grave: la maduraci�n se produc�a en tiempos distintos. Por esa raz�n era pr�cticamente imposible cosechar en el momento adecuado, puesto que cada planta ten�a un momento adecuado diferente. Al recogerlas a destiempo, o bien los granos no estaban maduros, o ya se hab�an empezado a estropear. Debido a la polinizaci�n cruzada era imposible conseguir una cierta uniformidad.

Para mejorarlo se cultivaron diversas variedades en zonas aisladas de otras plantas de ma�z, para evitar que los p�lenes se cruzar�n. Y despu�s, a mano, se cruzaban unas variedades perfectamente controladas con otras y se ve�an los resultados. Los h�bridos que daban mejores rendimientos eran los candidatos a plantarse.

Para hacer los h�bridos se proced�a tal como he dicho, mantener cosechas separadas de las dos dos variedades que se iban a cruzar y despu�s hacer la polinizaci�n cruzada. De ese modo se consegu�an aunar las mejores caracter�sticas de una variedad y las de la otra y normalmente hab�a una cierta mejora debido al �vigor de los h�bridos�.

El problema, como muy bien hab�a demostrado Mendel, es que los hijos de los h�bridos ya no son como los padres sino que se parecen a los abuelos y a veces son est�riles, como ocurre por ejemplo con la mula, que es un h�brido de caballo y burro. Adem�s, en el lugar de crecimiento se han contaminado con otros p�lenes; pues no se hace en lugares aislados. Es decir, la mayor�a dejan de ser h�bridos. Por eso, las semillas h�bridas hay que hacerlas cada a�o. Los granos cosechados no sirven de semilla para el a�o siguiente. Lo mismo que las mulas hay que �fabricarlas� cada vez, pues ellas no se reproducen, salvo rar�simas excepciones. Esa sin duda es una pega.

Edwin Willhausen logr� otra soluci�n al problema. En campos aislados cultivada tres o cuatro variedades diferentes (elegidas por sus caracter�sticas) y se dejaba que se polinizasen al azar. Despu�s, el agricultor eleg�a las mejores como semillas del a�o siguiente. A esto se le llamaba �semillas sint�ticas� y lograba aumentar la producci�n en un 10-20%.

Los resultados de estas investigaciones no tardaron en llegar, en 1948 se plantaron 1�400 toneladas de granos mejorados. Hubo tiempo favorable. La cosecha abundante. Y ese a�o, por primera vez desde la revoluci�n de 1910, no tuvieron que importan ma�z.

En los a�os 60 del siglo XX m�s de un tercio de los maizales mexicanos se plantaban con granos mejorados. La producci�n total hab�a pasado de dos millones de toneladas a seis.

El trigo es una planta que se autopoliniza, es decir los p�lenes son de la misma planta. Pasan del estambre al estigma. Por tanto no tienen el problema de los cruzamientos indeseados. El director del programa del trigo, Norman Borlaug, comenz� probando 700 variedades de trigo, tanto nativas de M�xico como de otros lugares. Aunque algunas de las variedades importadas daban una mayor cosecha y eran resistentes al moho, pero necesitaban d�as m�s largos que los de M�xico. Cruzando los trigos importados con las mejores variedades mexicanas, Borlaug consigui� cuatro variedades cada una de ellas adaptada a distintos h�bitat de M�xico.

Como la planta es autopolinizable, para hacer los cruces, en sus experimentos hac�an la polinizaci�n a mano; pero una vez que se entregaba a los agricultores, �stos pod�an utilizar parte de lo cosechado como semillas para el a�o siguiente sin ning�n problema.

En 1951 las nuevas variedades se cultivaban en el 70% de la superficie. Y la productividad media nacional hab�a pasado de 800 kg/ha a 1�300 kg/ha. Ya no necesitaban importar trigo.

El siguiente paso fue ver qu� pasaba si se aumentaban los fertilizantes. Debemos recordar que gracias a que ahora los nitratos eran sint�ticos se pod�an conseguir. Experimentos en tierra bien irrigada y con drenajes adecuados demostraron que fertilizando con 140 kg/ha de nitr�geno multiplicaba la cosecha por cuatro.

Otro de los problemas habituales es que si la cabeza con granos del trigo engordaba ten�a tendencia a encamarse. Para evitarlo, las caracter�sticas deseables ser�an tallos m�s cortos y m�s robustos. Los especialistas en el mundo de hacer trigos enanos (como de �rboles enanos) eran los japoneses. Borlaug en 1953 mezclando variedades enanas japonesas con las nativas mexicanas logr� obtener dos nuevas variedades que permit�an dos cosechas al a�o.

El resultado fue que en 1966 las nuevas variedades produc�an 7 Tn/Ha. Una d�cada despu�s todo M�xico usaba estas nuevas variedades y la media del pa�s produc�a 3 Tn/Ha, mientras que las de 1950 eran menos de la cuarta parte.

En Asia el alimento de referencia es el arroz; as� que hab�a que hacer algo similar a lo que se hab�a hecho en M�xico con el arroz. En 1961 se cre� un equipo multidisciplinar e internacional en Los Ba�os, Islas Filipinas, en la provincia de Luz�n. Se llam� (y se llama) International Rice Research Institute -- Instituto Internacional de Investigaci�n del Arroz-- (IRRI). Se atrajo al Instituto a investigadores del mundo de gran calibre con excelentes condiciones de vida y un salario alto a nivel internacional. Tambi�n estuvo financiado por la Fundaci�n Rockefeller.

De un modo similar a como se hizo en M�xico, se buscaron arroces en toda Asia y en 1962 se hab�an encontrado dos variedades prometedoras. La Peta procedente de Indonesia y la Dee-geo-woo-gen, una variedad de tallo enano y robusto, procedente de Taiwan pero con el problema de que el gen del enanismo era recesivo. A partir de esas dos variedades, en 1966 consiguieron una nueva. Le dieron el nombre de IR8. No s�lo era m�s resistente al viento y al moho sino que como era muy poco sensible al fotoperiodo (la duraci�n del d�a), lo mismo se pod�a cultivar en invierno que en verano. Maduraba en menos de 130 d�as lo que permit�a tres cosechas anuales. Se liber� para que se plantase en Filipinas y fue un �xito inmediato; tanto que se le llam� �el arroz milagroso�. Para hacernos una idea de su �milagrosidad� baste decir que en 1961 la producci�n por hect�rea de Filipinas era de 1,2 Tn/Ha y en 1981 (veinte a�os despu�s) era de aproximadamente 2,5 Tn/Ha. Adem�s, al tener m�s rendimiento, se cultiv� una mayor extensi�n de tierra, por lo que la producci�n total de arroz de Filipinas, teniendo en cuenta que no todos los agricultores utilizaban la nueva variedad, pas� en veinte a�os de 3,7 millones de toneladas a 7,7 millones.

En los primeros momentos no siempre las nuevas variedades eran un �xito. Fallaban muchas cosas; por ejemplo, que los terrenos no estaban adecuadamente irrigados o drenados, que no suministraban abonos o insecticidas suficientes o en los momentos debidos. El problema de la irrigaci�n, que sigue siendo uno de los grandes problemas hoy en d�a, por la escasez de agua, tuvieron que solventarlo los campesinos por su cuenta, o prescindir de las nuevas variedades; pero en cuanto al fertilizante e insecticida dos consejeros mexicanos trabajando en El Salvador tuvieron la idea de vender todo empaquetado: semillas, fertilizante y el insecticida. De ese modo simplificaban y normalizaban el trabajo de los campesino. Fue un �xito.

Los �xitos en M�xico y en Filipinas llevaron a otros pa�ses a crear centros de investigaci�n. En el mundo se crearon diecis�is centros similares a los ya mencionados. Fueron financiados fundamentalmente con fondos p�blicos (agencias del sistema de Naciones Unidas y Banco mundial). Esos diecis�is centros forman el CGIAR (Grupo Consultivo Internacional sobre Investigaci�n Agr�cola). En dichos centros trabajaban entre 20�000 y 45�000 cient�ficos del tercer mundo. Han repartido, hasta el a�o 1998, m�s de 750 nuevas variedades de trigo, arroz, ma�z, sorgo, mijo, frijoles, patata y mandioca. Han creado un germoplasma (semillas y esporas) con casi un mill�n de muestras que se han distribuido por todo el mundo. Sin duda son los responsables de que cientos de millones de personas no hayan muerto de hambre.

Ahora bien, casi todo lo que hacemos los humanos tiene dos caras. Nunca nada es perfecto. Inicialmente se cometen errores.

La revoluci�n verde ten�a tres patas b�sicas: nuevas variedades, fertilizantes y pesticidas.

Los fertilizantes, nitratos, est�n llegando a los sistemas de agua potable y ya hay sitios donde su nivel es superior al aconsejado por la OMS (Organizaci�n Mundial de la salud). Una observaci�n a hacer aqu� es que si hubieran usado esti�rcol el problema hubiera sido mayor. No es un problema de que sea artificial; es un problema de cantidad.

Los pesticidas han creado diversos problemas. Por un lado han intoxicado a muchas aves y otros seres vivos. Por otro, como la evoluci�n funciona, aunque los creacionistas de Estados Unidos se crean lo contrario, las plaga se est�n haciendo resistentes y los plagicidas son menos eficaces.

El cultivo intensivo est� haciendo que las tierras se queden sin algunos oligoelementos que no van en el fertilizante; por ejemplo zinc y cobre. Por otro lado, el contenido de boro del agua (alcalina) con el que se riegan algunos campos est� mostrando su toxicidad. Tambi�n se est� produciendo una salinizaci�n de las tierras. Por lo que ha empezado a notarse en efecto de un menor crecimiento. O mejor dicho, una desaceleraci�n del crecimiento.

No debemos olvidar que �fabricar� las semillas, los fertilizantes y los plagicidas exigen un fuerte consumo de energ�a. Ni que la mecanizaci�n de la producci�n exige el consumo de combustibles; como lo exigen el regad�o y el transporte a los mercados. Todo eso significa que la agricultura es dependiente de la disponibilidad de petr�leo (o de otras fuentes de combustibles) baratos; en caso contrario mucha gente puede morir de hambre. Y lo que est� ocurriendo �ltimamente con precios del petr�leo subiendo a una velocidad de v�rtigo, nos hace pensar que hay que buscar soluciones alternativas.

Debemos tener en cuenta tambi�n que la revoluci�n verde se hizo pensando en plantas muy bien irrigadas; lo que no siempre es posible. Tambi�n debemos tener en cuenta que la distribuci�n de los paquetes de semillas+fertilizante+plaguicida exige una red de distribuci�n, lo que no existe en todas partes. Y para terminar de ennegrecer el panorama, los paquetes no eran gratis, alguien ten�a que pagarlos y en muchos sitios, fundamentalmente de �frica, no ten�an ingresos para pagarlos.

Sin duda que hay m�s problemas, como tambi�n es cierto que la revoluci�n verde se bas� en m�s de las tres patas que he comentado; pero creo que con estas pinceladas nos damos una idea de lo ocurrido.

El panorama actual es que la poblaci�n crece a un ritmo mayor del que crece la agricultura. Los h�bitos alimentarios en pa�ses muy poblados est�n cambiando hacia productos (carne) que consumen mucho grano. Los terrenos pierden parte de su capacidad de producci�n. La agricultura es el mayor contribuyente al cambio clim�tico...

No es un panorama halag�e�o. Necesitamos una �Revoluci�n Verde 2� que no cometa los errores de la primera. Como veremos en el apartado que dedicaremos a ello; necesitamos una revoluci�n verde integral, que tenga en cuenta no s�lo que las variedades sean m�s productivas para una cierta zona en condiciones ideales; hay que hacerlo para condiciones reales (tierras no ideales, mal irrigadas, con mal drenaje, salinizadas,...), tambi�n hay que tener en cuenta los condicionantes sociales, culturales, econ�micos... para lograr el �xito: dar de comer a toda la poblaci�n mundial. Y hay que ser consciente de que tal vez las prioridades no sean nuevas variedades, sino crear infraestructuras adecuadas y aumentar el nivel de educaci�n de la poblaci�n. Muchas veces la escasez de alimentos no se debe a una falta de producci�n; se debe a que no hay sitios adecuados para almacenarlos y se estropean. Por ejemplo, ya sabemos que en �frica faltan muchas infraestructuras; pero tal vez no pensemos en que faltan frigor�ficos. Tal vez pensemos que eso son lujos; pero no lo son. Los frigor�ficos evitan que muchos alimentos se estropeen. No se trata solo de frigor�ficos, se trata de silos, de almacenes, de medios de transporte... todos ellos adaptados a las condiciones tanto f�sicas como sociales del lugar.

Para acabar con este punto simplemente quiero decir que o triunfamos en la �revoluci�n verde 2� o muchas personas van a morir de hambre, y, nosotros, habitantes del primer mundo, vamos a vivir peor.

Hitos de la biologia del siglo XX (2b): s�ntesis del nitrato

Fri, 15 Aug 2008 19:48:17 +0200

1918: s�ntesis del nitrato
El nitr�geno se necesita para el crecimiento de las plantas. Como muy bien sabemos un 78% (en volumen, 75% en peso) de la atm�sfera es nitr�geno pero, lamentablemente, hay muy pocas plantas que sean capaces de capturar dicho nitr�geno. Normalmente hay que suministr�rselo a trav�s de las ra�ces y en forma de nitratos.

El utilizar los desechos org�nicos de plantas y animales como fuente de nitr�geno (como abono) ha sido habitual. Cuando los excrementos de los animales dom�sticos no fueron suficientes de importaban grandes cantidades de �guano�, que no es otra cosa que excrementos de aves marinas. Durante muchos a�os, la extracci�n del guano fue una de las grandes riquezas de algunas islas del Per� y de Chile.

Como las necesidades agr�colas segu�an creciendo hubo que encontrar nuevas fuentes de nitratos y se encontr� en el norte Chile, en el desierto de Atacama. Nitratos naturales los hay en m�s sitios, pero en concentraciones muy bajas o en dep�sitos muy peque�os. Lo que hizo muy importante los �salares� de Chile, es que era abundante y con densidades comercialmente rentables. Desde 1830 se export� �Nitrato de Chile� a Europa.

Cuando comienza el siglo XX, los �salares� de Chile est�n controlados por empresas inglesas y alemanas. Ambos grandes consumidores de nitratos en su agricultura. Con la Primera Guerra Mundial el nitrato de Chile se convierte en un arma de guerra. Debemos se�alar que igual que se utiliza en fertilizantes tambi�n se usa en explosivos. Es bien conocido que la p�lvora se puede hacer con nitratos, carb�n y azufre. Y no es el �nico explosivo en el que los nitratos juegan un papel importante. Los ingleses logran que no llegue a los alemanes, por lo que �stos se ven obligados a buscar un sustituto. Alemania investig� mucho en compuestos nitrogenados y en 1918 Fritz Haber consigui� la s�ntesis del nitrato. Por ello recibi� el premio Nobel.

El proceso de fabricaci�n era muy barato, por lo que pronto compiti� con el nitrato chileno. Y la industria salitrera de aquel pa�s se fue perdiendo importancia.

Recuerdo haber visto en los pueblos de Espa�a, en preciosos anuncios hechos de azulejos, el de Nitrato de Chile.

Tambi�n recuerdo haber visto otros que dec�an �Nitrato de Cal de Noruega�.

Con aquello de cal, indicaban que era sint�tico.

Los nitratos sint�ticos jugaron un papel decisivo en la �Revoluci�n verde� de la que hablaremos al referirnos a 1945.

Sin la s�ntesis de nitratos no habr�a habido tal revoluci�n.

Hitos de la biologia 4: 1953: El DNA es una h�lice doble

Fri, 15 Aug 2008 08:06:26 +0200

Por fin llegamos al hito que se menciona en todas partes, que James D. Watson y Francis Crick, bas�ndose en las radiograf�as de difracci�n y trabajos previos de Rosalind Franklin, demuestran que el DNA es una h�lice doble.

Debemos recordar que ya se sab�a que el DNA era el material gen�tico y que las proporciones de C y de G eran iguales, y lo mismo pasaba con A y T.

Las figuras de difracci�n que se usan en cristalograf�a son muy curiosas. La forma de las mismas nos indican la estructura de los cristales.

Por otro lado debemos saber que la cristalograf�a de rayos X estaba dando muy buenos resultados para conocer la estructura de los cristales.

Ver las estructuras de difracci�n en tu propia casa hoy es muy sencillo. Basta dibujar en un folio im�genes repetidas y sacar una diapositiva, no digital, sino en pel�cula. Con un puntero l�ser apuntamos a una pared (a ser posible blanca o clara). Al poner la diapositiva delante del l�ser, en la pared aparece la figura difracci�n. El folio solo debe ocupar una peque��sima parte de la diapositiva.

Lo que dibujamos es m�s o menos esto:

Los espectros que se obtienen son respectivamente una l�nea vertical (|), una l�nea inclinada / y el tercero \. (M�s o menos uno de los elementos que hemos dibujado. Solo uno).

Cuando en el folio se ponen h�lices,

Aparece una especie de X con dos ramas laterales. Exactamente en la siguiente foto tenemos una difracci�n de h�lices:

Debe observarse que aparece una X y a los lados dos rombos.

Sin embrago, lo que obtuvo Franklin, en su hoy famosa foto 51, del DNA, es:

Era distinto a una h�lice, pero no demasiado.

Conviene se�alar que la figura de difracci�n no s�lo nos dice que es una doble h�lice, nos dice muchas cosas, entre otras, la separaci�n entre h�lices y si la h�lice tiene las espiras muy juntas o muy separadas. Esto �ltimo nos lo da la inclinaci�n de las barras de la X. Las barras de la X son, grosso modo, las inclinaciones de la h�lice:

Si ahora, con nuestro r�stico m�todo de hacer difracciones a base de diapositivas y puntero l�ser, ponemos dos h�lices, es resultado es que las ramas laterales desaparecen y queda la X, aproximadamente la misma que obtuvo Rosalind Franklin. Ella sab�a que estaba muy ligada con una h�lice, y sab�a que hab�a laguna otra cosa, pero no sab�a lo que era. Fueron Watson y Crick los que se dieron cuenta de que era una doble h�lice.

Nada m�s ver que era una doble h�lice es sistema de replicaci�n se hac�a patente. Algo separa las dos hebras. Pensemos en una de ellas que est� en un l�quido que contiene nucle�tidos. Si en la hebra hay una A a ella se adhiere perfectamente una T. Si hay una C se adhiere una G. Si hay una T se adhiere una A y si hay una G se adhiere una C.

Es decir, si logramos separar las dos hebras en un entorno con nucle�tidos; el resultado final son dos dobles h�lices. La doble h�lice se ha replicado.

As� quedaba establecido que la herencia estaba en el DNA en una doble h�lice que permit�a una replicaci�n relativamente sencilla. Aunque la demostraci�n de que la doble h�lice se part�a en dos hebras y que se sintetizaba una nueva doble h�lice a partir de cada hebra tuvo que esperar hasta 1958, en el llamado experimento de Meselson-Stahl.

Hitos de la biolog�a del siglo XX (3)

Tue, 12 Aug 2008 20:45:57 +0200

1928: Penicilina
La penicilina fue descubierta en 1928 por Alexander Fleming (brit�nico). Pero a mi me ha entrado duda de si ponerlo aqu� (entre los hitos de la biolog�a o si deber� ponerlo en los hitos de la medicina). Normalmente, cuando se habla de grandes acontecimientos de la biolog�a no se cita la penicilina; suele hacerse en medicina.

Pero me decido a ponerlo en el apartado de biolog�a pues se trata de un descubrimiento biol�gico. Un ser vivo, exactamente un hongo, el Penicillium notatum, que mataba a muchas bacterias. Todo parece muy biol�gico.

Penicillium notatun

He dicho que el hongo fue aislado por primera vez por Fleming, pero aqu� nos encontramos con un problema que es muy frecuente en la ciencia, que se suele atribuir a una persona, y casi siempre aparecen antecedentes. En este caso hay un cient�fico nacido en Nicaragua, aunque desde los tres a�os vivi� en Costa Rica, de nombre Clodomiro Picado Twight, que ya hab�a descubierto la penicilina antes.

La verdad es que nadie hizo mucho caso a los descubrimientos de Picado ni de Fleming: La raz�n, probablemente estribe en que hab�a otros bactericidas, aunque fueran mucho menos eficaces, y que su fabricaci�n era artesanal. No se pod�a producir industrialmente y hab�a problemas con la purificaci�n. Los que desarrollaron el sistema de purificaci�n y un m�todo industrial, durante la Segunda Mundial, fueron el bioqu�mico alem�n Ernst Boris Chan, y el m�dico australiano Howar Walter Florey.

Cabe destacar que durante la Segunda Mundial se hizo un esfuerzo considerable por encontrar antibacterianos. Los alemanes en 1931 hab�an demostrado que las sulfas (nombre corto de las sulfonamidas) eran eficaces contra los Streptococus pyogenes. Fueron ensayadas cl�nicamente en 1931 y 1932.

Prontosil (primera sulfa fabricada por Bayer)

En 1935 se publicaron en revistas alemanas art�culos donde se explicaba su poder bactericida. El nombre comercial era el de Prontosil. Como an�cdota, cabe destacar que el hijo de Franklin D. Roosevelt, entonces presidente de los Estados Unidos, recibi� unas peque�as cantidades de Prontosil y con ellas se cur�, cosa que no hab�a conseguido ninguna otra cosa.

Durante la Segunda Guerra mundial los alemanes dispon�an de sulfamidas (derivadas de las sulfonamidas) mientras que los aliados no ten�an nada. Por eso era urgente desarrollar algo y la penicilina fue la elegida. Florey y Chan retomaron las investigaciones de Fleming en 1938; demostraron que funcionaban en ratones y entre 1942 y 192 se hicieron los ensayos cl�nicos en humanos. En Estados Unidos se creo un �comit� penicilina� y gracias a �l se empez� a fabricar industrialmente. En 1943 ya se daba regularmente penicilina a los soldados aliados.

(Primeros envases de la producci�n industrial de penicilina)

En 1945 Fleming, Florey y Chan recibieron el premio Nobel por el desarrollo de esa medicina que ha salvado millones de personas.

Dentro de las curiosidades cabe destacar que en algunas medicinas �tnicas se usaba pan dejado a prop�sito que enmoheciera para curar heridas. Por ejemplo, en China en el a�o -5 000 recomendaban pan mohoso para el tratamiento for�nculos y �ntrax. Y en la edad media era t�pico recoger cuerda de ahorcado, dejarla que se pusiera mohosa y utilizar ese moho para curar heridas. En ambos casos consegu�an un penicillium sin refinar, pero que casi con seguridad que era mejor que nada.

1941: Dogma Central de la biolog�a

En 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle demuestran que los genes codifican prote�nas. �Un gen una prote�na se convierte en en el dogma central de la gen�tica�.

Sin embargo hoy sabemos que no es as�. Un ejemplo; el ser humano tiene en torno a los 20 000 genes y tiene unas 125 000 prote�nas. Basta hacer una divisi�n para darnos cuenta de que cada gen debe producir por t�rmino medio seis o siete prote�nas. Pero esto es adelantarnos, pues el n�mero de genes de nuestras c�lulas se ha descubierto en el siglo XXI.

1944: el �principio transformante� es DNA

Oswald Theodore Avery (canadiense), Colin McLeod (canadiense) y Maclyn McCarty (estadounidense) purifican el �principio transformante� descubierto en 1928 por Griffith y llegan a la conclusi�n de que es DNA. Es un hito importante pues es la primera constataci�n de que el material gen�tico es el DNA.

Recodemos que se sab�a que estaba en el n�cleo, pero en el n�cleo hay muchas cosas. El DNA es una peque�a parte del mismo. De hecho, tan peque�a que los resultados no fueron aceptados por la comunidad cient�fica. Se dec�a que el DNA era una mol�cula con muy poca variabilidad lo que la hac�a inadecuada para ser el material de los genes. Se llega a decir que los resultados de estos cient�ficos son err�neos y que lo han hecho es analizar muestras contaminadas.

Ni que decir tiene que hoy sabemos que el material gen�tico es el DNA.

1944: Schroedinger: �Qu� es la vida?
El famoso f�sico Edwin Schroedinger (austriaco), que fue uno de los pilares de la mec�nica cu�ntica, en febrero de 1943 dio una conferencia en el Trinity College de Dubl�n (antes de que se publicase el trabajo de Avery y colegas) con el t�tulo ��Qu� es la vida?�, que se publicar�a como libro en 1944.
En este librito, peque�ito y de agradable lectura, plantea, por primera vez, que yo sepa, que la vida es esencialmente informaci�n. Que el material gen�tico, sea el que sea, debe tener una gran capacidad de almacenar informaci�n y de duplicarse. Llega a la conclusi�n de que los genes deben ser cristales aperi�dicos que contienen informaci�n en su estructura. Concreta m�s, nos dice que que ser�an cubos de 0,3 nanometros de lado y que cada gen tendr�a unos mil �tomos y que la informaci�n ir�a en algo parecido al c�digo Morse. Una creencia extendida durante mucho tiempo es que ten�an que ser prote�nas. Schroedinger dice que no, que no cumplen las condiciones para transportar informaci�n. Realmente el DNA result� ser cristales aperi�dicos y, efectivamente, se parece al Morse. M�s que cristales aperi�dicos podr�amos decir que son terciarios, pues cada unidad que codifica un amino�cido (cod�n) es de tres letras. Por tanto, no es estrictamente aperi�dico, pero Schroedinger se acerc� mucho.
Crick, uno de los codescubridores de la doble h�lice del DNA, del que vamos a hablar un poco m�s abajo, se decidi� por ese campo de estudio tras leer el libro de Schroedinger.

1950: Chargaff
Ya se sabe que el DNA est� formado por cinco nucle�tidos (Adenina, Guanina, Citosina y Timina). A, G, C y T para abreviar. En 1950 Erwin Chargaff (austriaco) descubre algo interesant�simo: que las cantidades de A son casi id�nticas a las T y las de G a las de C.
Hoy que ya sabemos la estructura del DNA, sabemos que es una doble h�lice y sabemos que si una rama de la doble h�lice tiene una A a ella se une en la otra rama la T. Si hay una T se une la A. Si hay una G se une la C y si hay una C se une la G. Es decir, hoy sabemos que las cantidades de A y T deben ser id�nticas y las de G y C tambi�n.
El resultado de Chargaff es interesant�simo, pues ya vemos que indica que los nucleotidos van en parejas y una posible soluci�n es la existencia de una doble hebra.

1950: Transposones
Barbara Mcclintock (estadounidense) descubre en el ma�z que hay genes que est�n en un cromosoma o en otro. Es decir, que los genes, entre generaciones, pod�an saltar de un lado a otro de los cromosomas. Los llam� �transposones�. A pesar de que su estudio era muy s�lido y que lo hab�a hecho utilizando decenas de generaciones de ma�ces h�bridos, la idea de los genes saltarines no fue bien acogida. De hecho fue casi olvidada hasta que a principios de 1980, las nuevas t�cnicas de biolog�a molecular demostraron que llevaba raz�n. Despu�s de eso se reconoci� su trabajo y, r�pidamente, en 1983 recibi� el premio Nobel en solitario. Siendo la segunda mujer del mundo que lo hab�a recibido sin ser compartido; la primera fue Marie Curie.

1952: Los virus tienen DNA
Alfred D. Hershey y Martha Chase (estadounidenses) en 1952 demostraron que el material gen�tico del virus T2 era DNA. De ese modo quedaba totalmente descartada la idea de que el material gen�tico eran las prote�nas e indirectamente se reivindicaba lo que hab�a dicho Schroedinger.

El T2 es un bacteri�fago; es decir, un virus que ataca bacterias. Concretamente ellos utilizaron la bacteria E. Coli. El T2 tiene una cabeza de prote�nas que guarda en su interior el DNA. Al penetrar en la c�lula, la cabeza proteica se quedaba fuera y el DNA entraba. Entraba y produc�a la infecci�n y dentro de la bacteria se produc�an m�s virus. Eso demostraba bien a las claras que el material reproductor era el DNA.

Hoy sabemos que hay algunos virus que no tienen DNA sino RNA, pero de ello hablaremos m�s abajo.

1952: Los virus propagan genes

Joshua Lederberg y Norton Zinder (estadounidenses) trabajando con la bacteria Salmonella typhimurium, descubren que se produce transferencia de material gen�tico entre individuos. El virus pasa genes de una bacteria a otra. A ese fen�meno se le dio el nombre de �transducci�n�. Se trataba del virus bacteriofago P22.

La idea de que los virus propagan genes es importante pues a�ade otro mecanismo a la evoluci�n. Ahora puede haber nuevos genes debido a que los virus los llevan de un lado para otro. Si llamamos �transg�nico� a un organismo que tiene genes de otro, vemos que en el mundo de los microorganismos ha habido transg�nicos desde siempre. Por un lado las bacterias mezclan sus genes, y por otro, los virus son capaces de pasar genes de una a otra y sus genes se pueden integrar en los de las bacterias. Hablaremos m�s de este interesant�simo tema.

Adem�s, establece un mecanismo para poder pasar genes de unos seres vivos a otros. Tema, como veremos muy importante.

Hitos de la biolog�a del siglo XX (2)

Tue, 12 Aug 2008 18:56:36 +0200

1910: Ubicaci�n de los genes en los cromosomas: Morgan

Ya sab�amos que la herencia ten�a que ser debida a unas �part�culas de la herencia� (a las que en 1909 el bot�nico dan�s Wilhem Ludwig Johannsen llam� genes, en raz�n a la palabra griega que significa generar: gen), pero nadie sab�a d�nde estaban. Como muy sabemos, la c�lula es un sistema complejo; hay una membrana dentro de la cual hay multitud de organelos: mitocondrias, ribosomas, centriolos,... y un n�cleo celular.

Todo el contenido de la c�lula, lo que est� dentro de la membrana, se llama protoplasma. Y su contenido se divide en dos grandes partes, el n�cleo y todo lo dem�s, que se llama citoplasma.

La pregunta que se hac�an a principios del siglo XX era: �d�nde est�n los genes, en el citoplasma o en el n�cleo? Nadie lo sab�a, pero la creencia m�s extendida entre los expertos es que estaba en el citoplasma.Tuvimos que esperar a 1910 para que el estadounidense Thomas Hunt Morgan, con unos cuidadosos experimentos, demostrara que estaban en el n�cleo y m�s concretamente en los cromosomas.

Morgan hizo sus experimentos con la hoy famosa mosca del vinagre (Drosophila melanogaster).

Lo m�s curioso es que cuando �l empez� sus experimentos, cre�a que Mendel estaba equivocado y termin� demostrando que llevaba raz�n y, adem�s, demostr� d�nde estaban las famosas �part�culas de la herencia� de Mendel.

1918: La s�ntesis

Darwin, en el siglo XIX, hab�a explicado en parte el origen de las nuevas especies. La idea de Darwin era muy sencilla. �l part�a de la base de que entre los descendientes de una misma pareja, hab�a hijos muy dispares, con caracteres diferentes. En un cierto ambiente, o ante algunos cambios del entorno, unos caracteres permit�an que los individuos dejasen m�s descendencia, otros menos y otros eran neutros. Los caracteres que permit�an a los que los pose�an dejar m�s descendencia, transmit�an esos caracteres a parte de su descendencia, que eran m�s aptos para reproducirse,... de ese modo, poco a poco, gradualmente,los caracteres beneficiosos se convert�an en �nicos. Y as� pasito a pasito se generaba una nueva especie. En Darwin es muy importante el �pasito a pasito�, el �gradualismo�.

Darwin como Lamarck pensaba—equivocadamente—que el motor de la diferenciaci�n era la �transmisi�n de los caracteres adquiridos�.Si un �rgano no se usa se atrofia y si se usa mucho se potencia. Eso son los caracteres adquiridos que pueden transmitirse a la descendencia. Si el padre ten�a los m�sculos muy fuertes por haber hecho mucho ejercicio, eso se transmit�a a los hijos, que ya nac�an con los m�sculos m�s fuertes que la media. Si ese hijo segu�a ejercitando los m�sculos, ser�an m�s fuertes. M�s que los del padre. Y como los transmite a sus hijos, y sus hijos a los nietos,... de se modo, la especie evolucionar�a a m�sculos m�s fuertes.

De Vries, del que ya hemos hablado m�s arriba, defend�a que la diferenciaci�n proced�a de mutaciones en los genes. A su teor�a se le dio el nombre de �mutacionismo�. Su idea era la de una evoluci�n a saltos (saltacionismo): una mutaci�n, un salto.

La idea de De Vries tiene varios problemas, uno es que que la mutaci�n se produce al azar, no lleva ninguna direcci�n. Se necesita algo m�s, pues para adaptarse a un nuevo entorno (por ejemplo) no se hace de un solo paso; se hace por varios pasos. Otro problema es que la mayor parte de las veces (eso lo sabemos hoy, no lo sab�a De Vries) los cambios en el fenotipo exigen cambio en muchos genes. �C�mo se pueden hacer simult�neamente cambios en muchos genes a la vez?

La teor�a de De Vries se vino abajo cuando en 1918 Ronald Fisher publica un art�culo titulado �On the correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance¹ (Sobre la correlaci�n entre familiares suponiendo la herencia mendeliana)�. En la que demostraba, mediante un modelo, que una variaci�n continua entre los caracteres, pod�a ser el resultado de variaciones discretas en los genes (alelos). Abundo sobre el tema. Hay genes que hacen m�s o menos la misma funci�n, pero que no son id�nticos. En el caso de los famosos guisantes de Mendel. Un gen da el color verde de la piel y otro el amarillo. Los dos genes est�n en el mismo cromosoma, ocupando la misma posici�n. Son dos variedades del mismo gen. A esos genes se les llama alelos.

En un individuo hay dos alelos, uno precedente de la madre y otro del padre. Pueden ser los dos iguales, o los dos distintos.

A lo largo de toda una poblaci�n, la cantidad de genes ligeramente distintos puede ser muy amplia. No s�lo verde o amarillo como en ejemplo de los guisantes.

Lo que demuestra Fisher es que con diferentes mezclas de muchos alelos se puede conseguir un cambio continuo, gradual en los caracteres de los individuos.

Se suele considerar que esta publicaci�n marca el origen de la llamada s�ntesis neodarviniana, s�ntesis evolutiva moderna o sencillamente s�ntesis.

La s�ntesis lo que hace es unir dos campos separados, el de los genes y el de la evoluci�n. Elimina el Lamarckismo de Darwin, pero conserva lo fundamental: la selecci�n natural, que sigue siendo una de las fuentes principales del nacimiento de nuevas especies; pero, adem�s, a�ade otra: la deriva gen�tica.

Entre sus elementos claves est� el estudio riguroso, matem�tico, de la gen�tica de poblaciones. Es decir, c�mo var�a la distribuci�n de los genes (alelos) en el comportamiento normal de las poblaciones.

La definici�n de evoluci�n cambia un poco. Siempre se hab�a considerado que los cambios se refer�an al cuerpo del individuo (fenotipo); sin embargo, introducen la idea de que la evoluci�n es simplemente el cambio de proporciones de alelos, se note o no en el fenotipo. La deriva gen�tica lo que nos dice es que en un conjunto de poblaciones se dan cambios de frecuencia de alelos no siempre por razones seleccionistas (adaptativas). Es decir, la frecuencia de ciertos alelos puede variar no porque represente una ventaja para el que los lleva sino por puro azar y por otras cuestiones del comportamiento gen�tico de poblaciones.

Un ejemplo clar�simo es el de la p�rdida de alelos, sobe todo en poblaciones peque�as. Para entenderlo vamos a comprar los alelos con los apellidos. Cada persona tiene dos (uno procedente del padre y otro de la madre). Pensemos que hablamos de un grupo de poblaci�n, procedente de otra mayor, que se ha quedado aislada. El n�mero de apellidos es grande, pero el n�mero de personas que tienen un apellido concreto es muy peque�o. Por ejemplo, hay un solo P�rez.

Pensemos que P�rez se muere. No solo se muere �l, sino que con �l se pierde el apellido.

A la larga, en peque�as poblaciones, el n�mero de apellidos disminuye. La variedad disminuye. Por ejemplo, hubo un momento en el que todos (o casi todos) los habitantes de la isla Pitcairn, que son los descendientes de los amotinados de �La Bounty� ten�an el apellido Fletcher. Solo qued� un apellido.

Eso mismo ocurre con los alelos. Normalmente cuando un grupo de poblaci�n se queda aislado, por la raz�n que sea (sube el mar y una pen�nsula se convierte en una isla, hay una enfermedad y solo sobreviven unos pocos,...), el n�mero de alelos disminuye. A eso se le llama efecto de cuello de botella.

Un caso extremo de cuello de botella es el llamado efecto fundador. Se trata de que una nueva poblaci�n se constituye con muy pocos individuos, cuatro o cinco parejas. Ese es el caso de, por ejemplo, los l�mures de Madagascar o de los pinzones de las Islas Gal�pagos y probablemente cada una de las oleadas de humanos que cruzaron el estrecho de Bering y llegaron a Am�rica. Eran pocos y han producido una peque�a variedad gen�tica en sus descendientes. Se pueden dar caracter�sticas que no tengan nada que ver con que sean adaptativas o no. Es que son los �nicos alelos que hay.

Un caso extremo es cuando toda la poblaci�n procede de una sola pareja. En ese caso solo hay dos alelos. Muy pocos. La variaci�n es muy peque�a. Pongamos un ejemplo. Una pareja de personas con ojos verdes, van a una isla y son el origen de una nueva poblaci�n. Todos son de ojos verdes, a pesar de que eso no es adaptativo en esa isla. Debemos recordar que los ojos de color verde implican que los dos alelos son id�nticos. Es decir, para tener ojos de color verde, el gen procedente de la madre debe ser el correspondiente al verde y el del padre tambi�n. Por lo tanto, el �nico alelo de color de ojos que queda en la isla es el verde.

Hoy en d�a la s�ntesis moderna (a�os 30 y 40) ha cambiado un poco. La variaci�n gen�tica surge por azar mediante mutaci�n y la recombinaci�n—mezcla de cromosomas—. La frecuencia de los alelos cambia por deriva gen�tica, flujo gen�tico y selecci�n natural.

La mutaci�n hoy en d�a se entiende un poco diferente de c�mo se entend�a antes. Para empezar hoy sabemos que la mayor parte de las veces procede de un error en la replicaci�n. Y tambi�n sabemos que muchas mutaciones no son visibles en el fenotipo.

No hab�amos dicho nada sobre lo que es el flujo gen�tico. Imaginemos una poblaci�n aislada, con sus frecuencias de alelos correspondientes. Y por alguna causa, por ejemplo que el nivel del agua del mar disminuye y lo que antes era una isla se une al continente, algunos individuos de otra poblaci�n cruzan la barrera y se unen con los isle�os. Autom�ticamente, la cantidad de alelos aumenta.

No es la �nica raz�n, hay m�s posibilidades de intercambiar genes entre poblaciones. Por ejemplo, hoy sabemos que los virus son capaces de transportar genes entre especies—en los seres humanos tenemos pruebas convincentes de genes tra�dos por virus--y que las bacterias intercambian genes (ese es el origen, por ejemplo, de la resistencia que desarrollan las bacterias a los antibi�ticos).

Las barreras al flujo gen�tico pueden ser tan sencillas como la Gran Muralla China. Se han encontrado plantas que a los dos lados de la Muralla tienen frecuencias de alelos diferentes. Bastar�a abrir la muralla en alg�n sitio para que las poblaciones de un lado y de otro de unieran y hubiera un flujo gen�tico.

1928: Los genes se transmiten entre bacterias. Fred Griffith

Que una bacterias al dividirse deje sus genes a sus �hojas� no es nada raro. Lo que descubri� el ingl�s Griffith en 1928 s� que lo es: que los genes de una bacteria muerta era capaz de pasar a una bacteria viva.

Griffith estaba intentando buscar una cura para la neumon�a, que aquellos d�as era mortal muchas veces. La bacteria causante de la enfermedad es la Streptococcus pneumoniae. �l utiliz� dos variedades (cepas). La S (de smooth: lisa) y la R (the rough: rugosa). La S, al ser inyectada en ratones les provoca una virulenta neumon�a, mientras que la R no les provoca la enfermedad (se dice que es avirulenta). Las S dispon�an de una c�psula de polisac�ridos y las R no. Todo apuntaba a que era c�psula era la que las hac�a virulentas.

Calent� bacterias e la variedad S hasta matarlas. Las inyect� en los ratones y no pas� nada, como era de esperar. En otro experimento inyect� las bacterias muertas S y las R vivas. El resultado fue que el rat�n cogi� neumon�a. Daba la sensaci�n de que de alg�n modo las bacterias R (vivas) hab�an absorbido los genes (�l los llamaba �principio transformante�) de la S (muertas).

Para probarlo aisl� bacterias de la sangre del rat�n y descubri� que efectivamente las bacterias R ten�an la c�psula de polisac�ridos de las S.

Lamentablemente para nosotros, se ha demostrado que esa transferencia horizontal de genes entre bacterias, una especie de sexo microbiano, es habitual y recientemente se ha demostrado que juegan un papel decisivo en la resistencia que adquieren las bacterias a los antibi�ticos.

Nota 1:Philosophical Transactions of the Royal Society of Edinburg (vol.52, pags: 399-433).1918

Comer canguro contra cambio clim�tico

Sun, 10 Aug 2008 22:04:59 +0200

En la p�gina web de la BBC encuentro esta curiosa noticia: si sustituimos la carne de vaca o de oveja por la de canguro, disminuiremos notablemente la emisi�n de metano a la atm�sfera.

La clave est� en que las vacas y las ovejas y otros mam�feros producen en el proceso de digesti�n gas metano que es un potente gas de efecto invernadero. Sin embargo, los canguros, que son marsupiales, no lo producen. La raz�n de ello es que los microorganismos que todos los mam�feros tenemos en los intestinos para hacer la digesti�n son diferentes en los marsupiales.

Parece ser que el 14% del metano que produce Australia (uno de los pa�ses m�s contaminantes del mundo, junto con USA y China) lo producen las vacas y las ovejas.

Nunca he comido carne de canguro, y me gustar�a probarla, pero no lo he logrado en la ciudad en la que vivo. Wilson nos dice que es una carne sabrosa, distinta a la vaca y a la oveja.

En cualquier caso, estoy seguro de que no comer carne disminuye mucho m�s el cambio clim�tico.