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19 de enero de 2018
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Ráfagas

No. 169

Los premios Nobel de ciencias naturales 2012

Fisiología o medicina

Fue otorgado de manera conjunta al inglés John Gurdon, de la Universidad de Cambridge, y al japonés Shinya Yamanaka, de la Universidad de Kyoto, por descubrir que las células maduras ya especializadas pueden reprogramarse para volver a ser células inmaduras capaces de desarrollar cualquier tejido del cuerpo.

En la reproducción sexual los organismos se desarrollan a partir de que un gameto masculino fertiliza a uno femenino, formando un huevo o cigoto. Al principio el embrión consiste en células inmaduras, cada una de las cuales es capaz de convertirse en cualquier tipo de célula de un organismo adulto. Estas células se llaman células madre pluripotenciales. Se pensaba que la transformación de las células pluripotenciales en células especializadas era irreversible. Gracias al trabajo de los dos galardonados, hoy sabemos que no es así.

En un experimento, realizado en 1958, Gurdon tomó un huevo de rana recién fertilizado, le extrajo el núcleo inmaduro y lo sustituyó por el núcleo de una célula del intestino. El huevo se transformó en un renacuajo normal que luego se convirtió en rana. Gurdon demostró así que el ADN de la célula madura (la del intestino) conserva la información genética necesaria para desarrollar un nuevo ser.

Casi 50 años después, en 2006, Yamanaka descubrió que se pueden reprogramar células maduras de ratones para que se conviertan en células madre inmaduras. Yamanaka introdujo algunos genes en la célula madura y ésta se transformó en una inmadura y pluripotencial, capaz de convertirse en cualquier tipo de célula del organismo.

Estos descubrimientos cambiaron nuestra forma de entender el desarrollo y la especialización celular. Reprogramando células humanas Gurdon y Yamanaka crearon nuevas oportunidades para estudiar enfermedades y desarrollar métodos de diagnóstico y tratamientos.

Física

Se entregó a Serge Haroche, del Colegio de Francia, y a David Wineland, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos, por haber diseñado métodos para medir y manipular partículas subatómicas individuales conservando su naturaleza cuántica de formas que se pensaban imposibles. Los dos premiados trabajan en el campo de la óptica cuántica y estudian las interacciones entre la materia y la luz. La física cuántica describe cómo funciona el mundo a escalas pequeñísimas, en las que las leyes de la física de todos los días no son válidas. Los objetos cuánticos (átomos, moléculas, partículas elementales) se comportan de formas muy distintas a los objetos de la vida cotidiana. Por ejemplo, en ciertas circunstancias una partícula cuántica puede existir en estados diferentes simultáneamente; por ejemplo, puede estar en dos estados de energía distinta al mismo tiempo. Sin embargo, estos estados superpuestos son muy inestables y se pierden en cuanto la partícula siente la más mínima interacción con su entorno. Por eso no ha sido fácil observarlos: para observar, es preciso interactuar con la partícula. En su laboratorio en Colorado, David Wineland y su equipo atraparon unos átomos en una trampa construida con campos eléctricos. Por medio de pulsos de luz láser puso los átomos en dos niveles de energía al mismo tiempo. Otro láser sirvió para observar esta situación sin alterarla. Haroche y su equipo desarrollaron otro método para estudiar el mundo cuántico. Colocaron fotones en una pequeña cavidad flanqueada por dos espejos que están hechos de un material superconductor, lo que les da una enorme capacidad de reflejar la luz sin absorberla: un solo fotón rebota mil millones de veces antes de ser absorbido. Esto toma una décima de segundo, durante la cual el fotón recorre unos 40 000 kilómetros dentro de su celda. En este lapso, Haroche puede estudiar el estado cuántico del fotón. Estos hallazgos han abierto nuevos campos de investigación y en el futuro podrían permitir el diseño de un nuevo tipo de computadoras increíblemente más rápidas que las actuales.

Química

La Real Academia de Ciencias de Suecia decidió otorgar el Premio Nobel de química 2012 a Robert Lefkowitz, del Instituto de Medicina Howard Hughes, y a Brian Kobilka, de la Escuela de Medicina de la Universidad Stanford, por sus estudios en los receptores acoplados o ligados a proteínas G.

El funcionamiento del cuerpo depende de un sistema de interacciones entre miles de millones de células. Por ejemplo, la adrenalina produce efectos rápidos, como elevar la presión sanguínea, incrementar el ritmo cardiaco y activar la sudoración. Era de suponer que las células tenían en la membrana algún tipo de receptor para percibir cambios en el medio y reaccionar adecuadamente, pero no se sabía qué eran estos receptores ni cómo funcionaban.

Lefkowitz utilizó marcadores radiactivos que unió a varias hormonas, entre otras la adrenalina. Las hormonas son sustancias secretadas por células de glándulas. Su fin es afectar el funcionamiento de células que se encuentran en otra región del organismo. Para eso las hormonas tienen que desplazarse, por lo que se catalogan como mensajeros químicos.

La radiación que emitían los marcadores le permitió a Lefkowitz seguir la ruta de la adrenalina y observar cómo la identifica el receptor de sus células meta. Él y sus colaboradores lograron extraer estos receptores de las membranas celulares para entender cómo funcionan.

En el mismo laboratorio Kobilka continuó con el estudio pero con otra visión: entender las bases genéticas y moleculares del proceso. El investigador consiguió aislar el gen que contiene la información para fabricar el receptor, que es una proteína. Cuando los investigadores analizaron el gen, descubrieron que era muy parecido al que se encuentra en nuestros ojos para captar la luz. Posteriormente se dieron cuenta de que existe una gran familia de receptores similares que funcionan de forma muy parecida. Se les llamó receptores acoplados a proteínas G, y entre ellos se cuentan los receptores de luz, de sabores, de olores y de hormonas.

Entendiendo cómo funciona este sistema de señales se han desarrollado miles de medicamentos, casi la mitad de los que se utilizan actualmente.

El clima y la caída de los mayas

Un equipo internacional dirigido por Douglas Kennett, del Departamento de Antropología de la Universidad Estatal de Pensilvania, publicó en noviembre en la revista Science una investigación que sugiere que el clima contribuyó al ascenso y caída de la civilización maya. El mundo maya alcanzó su apogeo entre el año 300 y el 1000 de nuestra era, pero para el 1100 se había derrumbado en medio de hambrunas y guerras. El colapso ya se había atribuido al clima, pero los científicos no conocían los cambios climáticos con suficiente precisión como para afirmarlo con certeza.

Kennett y sus colaboradores extrajeron una estalagmita de 56 centímetros de largo de la gruta Yok Balum, ubicada a cinco kilómetros de la antigua ciudad de Uxbenká, en lo que entonces eran las tierras bajas mayas y que hoy es el sur de Belice. Analizando la estalagmita determinaron los niveles anuales de precipitación y pudieron reconstruir el clima de la región para los últimos 2 000 años.

Luego los investigadores compararon estos datos con acontecimientos históricos registrados en monumentos de piedra de las principales ciudades mayas de la región: Tikal, Copán y El Caracol. El equipo encontró una clara relación entre los cambios del clima (sobre todo de la cantidad de lluvia) y los acontecimientos sociales y políticos. "Entre los años 450 y 660 unos niveles anormalmente altos de precipitación favorecieron la producción de alimentos y la explosión de la población", dijo Douglas Kennett.

Este periodo fue seguido por otro de baja precipitación que se prolongó por cuatro siglos, marcados por una serie de sequías pronunciadas, que provocaron un declive en la producción agrícola. La mayor sequía se produjo entre los años 1020 y 1100, periodo que coincide con la caída de los principales centros mayas y el descenso de población.

Para estudiar la evolución

Valeria Souza, ecóloga evolutiva de la UNAM, y un grupo de colaboradores estudian desde hace años las comunidades bacterianas que proliferan en las pozas de Cuatro Ciénegas, en el estado de Coahuila. Este extraño oasis es lo que queda de un mar que cubría esta región hace unos 65 millones de años. Otros investigadores interesados en este ecosistema han demostrado que las condiciones climáticas y geológicas han cambiado poco en Cuatro Ciénegas en los últimos 15 millones de años. Souza y sus colaboradores describen el lugar como islas de agua rodeadas por un desierto y señalan que, en la variedad de especies endémicas (que sólo existen ahí), Cuatro Ciénegas se compara a las islas Galápagos.

El equipo de Souza ha encontrado que algunos microorganismos de las aguas de Cuatro Ciénegas están más emparentados con organismos marinos que con otros microbios de pozas salinas. Lo atribuyen a que estos organismos son descendientes de los que habitaron el antiguo mar. Cuatro Ciénegas es como un "mundo perdido": un lugar donde se conservan las condiciones de ecosistemas muy antiguos. Esto lo convierte en un sitio idóneo para estudiar muchos aspectos de la evolución.

En un artículo publicado recientemente en la revista Astrobiology, Souza y sus colaboradores sugieren que las pozas de Cuatro Ciénegas podrían servir también como modelo de posibles ambientes favorables a la vida en otros planetas y lunas. Los investigadores señalan en particular que el yeso presente en Cuatro Ciénegas se parece al que se encuentra en diversas localidades del planeta Marte. Es más, el vehículo explorador Curiosity de la NASA, que llegó a ese planeta en agosto pasado, se posó en un terreno donde antiguamente hubo agua, el cráter Gale. Las investigaciones en Cuatro Ciénegas podrían servir para caracterizar las condiciones de ese cráter en la época remota en que se formó su yeso.

Cuatro Ciénegas es un espacio protegido, pero los científicos están preocupados por la sobreexplotación del agua en la zona. "Las comunidades bacterianas han sobrevivido aquí a todo tipo de cataclismos, como los que acabaron con los dinosaurios o la mayoría de las criaturas marinas, pero a lo único a lo que no están adaptadas es a la falta de agua", advirtió Souza.

 

Martha Duhne

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