Vida en condiciones extremas

Existen una serie de organismos, generalmente bacterias, aunque también algunos invertebrados microscópicos, que pueden sobrevivir en condiciones que ningún otro ser vivo podría soportar. Veamos aquí algunos de los ejemplos más curiosos:

GFAJ-1
- Es una bacteria extermófila en forma de vara. Fue descubierta en el lago Mono ( California, EEUU) , que se caracteriza por ser uno de los mayores depósitos naturales de arsénico del mundo. Esta bacteria es muy especial ya que no está constituida por los elementos básicos que forman la vida: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Aunque los seis elementos conforman los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos, y por tanto la mayor parte de la materia viva, es posible teóricamente que otros elementos puedan cumplir las mismas funciones. Esta bacteria en concreto es capaz de incorporar el arsénico, que es un veneno letal para muchos seres vivos, a su ADN y sustituir con él el fósforo del que no disponen estos organismos. El fósforo no tiene obviamente la omnipresencia del carbono, pero sí es un elemento esencial en la vida, ya que interviene en un multitud de procesos básicos, como en la transferencia de energía entre las células, constituye la columna vertebral que sostiene el ADN y el ARN, prosigue el estudio, publicado en la prestigiosa revista Science. También se dice que, "en realidad el arsénico se parece bastante al fósforo por su posición en la tabla periódica". El arsénico es tóxico porque trastorna los procesos metabólicos de los seres vivos, pero en otros aspectos se comporta de manera similar al fósforo. Lo que realmente implica esta investigación es que pudiera haber vida en otros planetas que no tuvieran la misma composición que la Tierra, lo que sucedería si la vida fuera tan flexible como en el caso de este organismo.

Bacterias GFAJ-1 cultivadas en arsénico  

 Thermococcus gammatolerans
 - Es una bacteria extremófila, que habita lugares comprendidos entre 55-95 ºC, conocida por ser el organismo más resistente a la radiación ionizante. Para que nos hagamos una idea de esa resistencia, una dosis de 10Gy es suficiente para matar a un ser humano, y una dosis de 60Gy es capaz de matar todas células en una colonia de E.Coli, el Thermococcus gammatolerans sp. nov puede resistir una dosis instantánea de hasta 5000 Gy sin pérdida de viabilidad, y dosis de hasta 30000 Gy. Esta resistencia se debe a su eficaz reparación cromosómica del ADN: las células en fase estacionaria de crecimiento reconstituyen el ADN mas rápidamente que las células en fase exponencial de crecimiento.

Tardígrados u osos de agua

-Son invertebrados segmentados microscópicos (0.1-1.2 mm) que habitan en el agua. Se conocen más de 1000 especies de tardígrados. Se los puede encontrar muy frecuentemente  en la película de humedad que recubre muscos y helechos, aunque no faltan especies oceánicas y de agua dulce, no habiendo virtualmente rincón del mundo que no pueblen. Tal vez la cualidad más fascinante de los tardígrados es su capacidad, en situaciones medioambientales extremas, de entrar en estados de animación suspendida conocidos como criptobiosis. Mediante un proceso de deshidratación, pueden pasar de tener el habitual 85% de agua corporal a quedarse con tan solo un 3%. En este estado el crecimiento, la reproducción y el metabolismo se reducen o cesan temporalmente y así pueden pasar cientos, quizás miles, de años. A mediados de siglo XX, un científico holandés añadió agua a algunos tardígrados secos que estaban sobre la hoja de un helecho que llevaba seca en un museo desde el siglo XVII y, tras 120 años, se despertaron y continuaron su vida normalmente. Esta resistencia permite a los tardígrados sobrevivir a temporadas de frío y sequedad extremos, radiorresistencia a la radiación ionizante y resistencia al calor y la polución. Existen estudios que demuestran que, en estado de metabolimo indetectable, pueden sobrevivir a temperaturas que oscilan entre los -272º C y los 149º C, así como a la inmersión en alcohol puro y en éter. Científicos rusos afirman haber encontrado tardígrados vivos en la cubierta de los cohetes recién llegados de vuelta del espacio exterior. Recientes investigaciones demuestran que son capaces de sobrevivir en el espacio exterior. Se consideran los seres vivos más resistentes.

El científico estadounidense Craig Venter fabrica una nueva bacteria que vive gracias a un genoma construido por su equipo

Craig Venter biólogo y hombre de negocios estadounidense.

• "Es un proceso imparable"

La primera célula cuyo genoma ha sido creado por el hombre ya existe. Uno de los investigadores que secuenciaron el genoma humano por primera vez. Su meta actual es crear células artificiales capaces de fabricar vacunas, generar energía o limpiar vertidos de petróleo con una eficiencia inusitada. Aunque aún está lejos de conseguirlo, Venter demuestra hoy en Science cómo crear un genoma sintético a partir de sus componentes básicos, introducirlo en una bacteria natural vaciada de genes y transformarla en una especie nueva cuyo ADN contiene, en lenguaje cifrado, una cita de James Joyce, el nombre de Venter y el resto de su equipo, así como direcciones de e-mail.

"Estamos entrando en una nueva era en la que el único límite lo impondrá nuestra imaginación", explica Venter en una entrevista difundida hoy por el instituto de investigación en EEUU que lleva su nombre.

Los genes incluyen una cita de Joyce: "Crear vida a partir de la vida"

En previsión de ese futuro, Synthetic Genomics, una de sus empresas, ya trabaja con la petrolera Exxon en el diseño de algas capaces de generar hidrocarburos que permitan prescindir de la gasolina. Otro de sus socios es la farmacéutica Novartis. Gracias a las nuevas técnicas que está desarrollando, explica Venter, "seremos capaces de reducir el tiempo de fabricación de la vacuna anual de la gripe en un 99%".

El trabajo presentado hoy representa un paso mucho más tímido hacia ese futuro. Por primera vez se demuestra que un genoma compuesto en un laboratorio a imagen y semejanza del original funciona cuando se introduce en otra bacteria zombi a la que previamente se le ha extraído su genoma. Además, la inserción es capaz de borrar el disco duro de la bacteria receptora y convertirla en una especie diferente, según Venter, que compara la información genética del ADN con un programa informático. "Cuando reemplazas el software dentro de la célula es como si la reiniciaras", explica.

 

La creación de esta célula es el fruto de 15 años de trabajo y 40 millones de dólares (unos 30 millones de euros) invertidos en crear el genoma sintético. Es sólo el principio, pues, por ahora, Venter no ha hecho más que recomponer una versión casi idéntica al genoma original de la bacteria Mycoplasma mycoides, que contiene un solo cromosoma. Ahora tendrá que demostrar que otros genomas artificiales con modificaciones más significativas también pueden resucitar células zombis y hacerlas funcionar, tal y como quieren sus diseñadores.

"Hemos creado la primera célula sintética", dice Venter

"Este estudio va a hacer mucho ruido"

 Manel Porcar, experto en biología sintética de la Universidad de Valencia. "Se trata de un primer paso para crear vida nueva, pero las futuras bacterias sintéticas tardarán en llegar aún varias décadas", advierte.

Venter llama a su creación "la primera célula sintética", algo que no es totalmente cierto, ya que su criatura es aún un híbrido entre genoma artificial y chasis natural. "No ha creado vida desde cero, sino que sólo ha transformado una especie en otra", opina Eva Yus, que investiga biología sintética en el Centro de Regulación Genómica de Barcelona.

Lo que está claro es que Venter ha sido el primero en hacer funcionar un genoma artificial. Para conseguirlo, compró más de 1.000 fragmentos de ADN compuestos por otras tantas unidades básicas compuestas por las letras ATGC. Su equipo ya había secuenciado hace años el genoma completo del organismo que querían imitar, el M. mycoides. Para recomponerlo, los investigadores juntaron los fragmentos necesarios en varios pasos. El proceso se hizo dentro de una célula de levadura, un organismo que Venter usa como una especie de hangar para ensamblar su copia modificada del genoma de la bacteria. Al final del proceso, ese hangar microscópico contenía las más de un millón de bases que constituyen el genoma completo de la M. mycoides.  

Aunque era una copia casi exacta del modelo, varios genes estaban modificados y su ADN contenía cuatro marcas de agua para diferenciarlo del original. Entre ellas, había tres citas literarias codificadas usando las cuatro letras del ADN. La primera, escrita por James Joyce, parece un resumen de los últimos 15 años de Venter: "Vivir, errar, caer, intentar y, después, crear vida a partir de la vida".

El nuevo genoma de M. mycoides se inyectó después en una bacteria prima hermana, la Mycoplasma capricolum, a la que previamente se le había extraído su material genético. Las diferentes versiones de genomas sintéticos mataron a las bacterias receptoras durante semanas. A los tres meses, uno de ellos funcionó. Miembros del equipo de Venter vieron que las bacterias trasplantadas habían comenzado a reproducirse. Cuando las analizaron en detalle, demostraron que el genoma sintético había mutado la identidad de la receptora M. capricolum y la había convertido en una nueva forma de M. mycoides cuyos genes esconden los mensajes cifrados de Venter y sus colegas. Las células siguieron multiplicándose miles de millones de veces antes de que los investigadores las metieran en un congelador para conservarlas intactas. Uno de los próximos objetivos será usarlas para ir descartando genes superfluos hasta llegar al genoma mínimo, es decir, la forma de vida más esencial que se conoce.

"Esta técnica tiene un potencial infinito", reconoce Yus. Su equipo lo quiere utilizar para estudiar de forma exhaustiva cómo funciona una célula, algo que aún no está claro, y ser capaz de predecirlo. "Queremos que la biología deje de ser una ciencia descriptiva y se convierta en una ciencia exacta", resume. Otro objetivo más a largo plazo es crear una "píldora viva". Se trata de una célula sintética que genere medicamentos dentro del organismo.

 

Estas aplicaciones "no van a llegar mañana, pero posiblemente vivamos para verlas", explica Porcar. Su objetivo es crear una célula que transforme ramas, serrín y paja en bioetanol.

Venter dice que la creación de estas primeras formas de vida artificial suponen un paso muy importante tanto en lo científico como en lo filosófico. Añade que no cree que la tecnología tenga ningún tipo de inconveniente, pues es casi imposible que estas criaturas sobrevivan fuera de las condiciones que hay en un laboratorio. "El riesgo existe, pero es mínimo", opina Porcar. "Al final, estas bacterias nuevas no son tan diferentes de las que ya existen en la naturaleza", concluye. 

Energía nuclear

• La energía nuclear es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos.

Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos, siendo la más conocida la fisión del uranio-235, con la que funcionan los reactores nucleares, y la más habitual en la naturaleza, en el interior de las estrellas, la fusión del par deuterio-tritio (²H-³H). Sin embargo, para producir este tipo de energía aprovechando reacciones nucleares pueden ser utilizados muchos otros isótopos de varios elementos químicos, como el torio-232, el plutonio-239, el estroncio-90 o el polonio-210.

• Las dos formas de obtener energía nuclear son la fisión nuclear y la fusión nuclear.

-Fisión nuclear: consiste en una separación (fisión). Se basa en bombardear el material fisionable con neutrones de baja energía, así el núcleo de este elemento se vuelve inestable y se desdobla en dos núcleos ligeros. Como consecuencia se obtiene una gran liberación de energía y se desprenden nuevos neutrones capaces de seguir una reacción en cadena.

-Fusión nuclear: consiste en una unión (fusión). El proceso se basa en la unión de núcleos sencillos para producir otro más complejo, acompañado de una emisión de energía superior al proceso de fisión. Los elementos químicos más usados son el deuterio y el tritio que se unen para formar un núcleo de Helio. El mayor problema de este proceso es que se necesitan temperaturas muy altas para que se fusionen, del orden de 10⁹ ºC

• Una central nuclear para producir electricidad consiste en:

1- Se produce la reacción de fisión del elemento radiactivo, normalmente plutonio y uranio.
2- La energía nuclear se transforma en calorífica en el reactor y hace calentar un fluido refrigerante.
3- El fluido se evapora y mueve unas turbinas, lo que hace que la energía calorífica se transforme en mecánica.
4- Y finalmente en el alternador se transforma la mecánica en energía eléctrica.

Todo este proceso cuenta con un sistema de refrigeración para controlar la energía desprendida en el proceso de fusión.

Actualidad: Crisis nuclear en Japón

El accidente ha sido concretamente en la central nuclear de Fukushima. Básicamente lo que ha sucedido es que el tsunami dañó el sistema de abastecimiento eléctrico del exterior. La central activó entonces el sistema de emergencia autónomo, pero la inundación lo estropeó. Sin electricidad, fallaron los sistemas de refrigeración y los núcleos empezaron a sobrecalentarse. Se recurrió a agua del mar para evitarlo, pero no bastó. Entonces en el reactor, que es donde se sitúan los materiales radicativos, empezó a subir la temperatura y cuando esto pasa todos esos materiales reaccionan sin control.

En los reactores 1, 2 y 3 ha habido explosiones de hidrógeno y escapes de vapor con esas partículas volátiles, aunque también se han hecho liberaciones controladas de gases para disminuir la presión.

Como resultado han salido las partículas más ligeras. Gases nobles como el kriptón y el radón y elementos como el yodo, el cesio, el estroncio, el rutenio y el tritio. La radiación ha alcanzado en algunos instantes 400 veces más de la dosis anual recomendada.

Debate: ventajas e inconvenientes de la energía nuclear

Las principales ventajas son:

-Las enormes posibilidades energéticas.

-Las buenas condiciones de funcionamiento (combustible de larga duracion y volumen reducido).

-No se necesita oxígeno atmosférico.

Los inconvenientes son:

-Elevados constes de la instalación y en la mantención de la seguridad.

-El almaciento de los residuos radiactivos.

-Las catéstrofes naturales que puede provocar por accidentes como el de Chernóbil o el de Fukushima.

Terremoto y tsunami de Japón.

El terremoto y tsunami de Japón de 2011, a sido denominado oficialmente como el terremoto de la costa Pacífica de la región de Tōhoku, fue un terremoto de magnitud 9,0 grados, que creó olas o tsunamis de hasta 10 metros.  El terremoto ocurrió a las 14:46:23 hora local del viernes 11 de marzo de 2011. El epicentro del terremoto se ubicó en el mar, frente a la costa de Honshu, 130 km al este de Sendai, Japón. En un primer momento se calculó su magnitud en 7,9 grados, que fue posteriormente incrementada a 8,8, después a 8,9 grados por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Finalmente fue de 9,0 grados. El terremoto duró aproximadamente 2 minutos según expertos. El Servicio Geológico de Estados Unidos explicó que el terremoto ocurrió a causa de un desplazamiento en proximidades de la zona de la interfase entre placas de subducción entre la placa del Pacífico y la placa Norteamericana. La placa del Pacífico se mete debajo de Japón en la fosa de Japón, y se hunde en dirección oeste debajo de Asia.


Dos días antes, este terremoto había sido precedido por otro temblor importante, pero de menor magnitud, ocurrido el miércoles 9 de marzo de 2011, a las 02:45:18, en la misma zona de la costa oriental de Honshū, Japón y que tuvo una intensidad de 7,2 grados y una profundidad de 14,1 kilómetros. También ese día las autoridades de la Agencia Meteorológica de Japón dieron una alerta de maremoto, pero sólo local, para la costa este de ese país.


La magnitud de 9,0 grados lo convirtió en el terremoto más potente sufrido en Japón hasta la fecha así como el quinto más potente del mundo de todos los terremotos medidos hasta la fecha. Desde 1973 la zona de subducción de la fosa de Japón ha experimentado nueve eventos sísmicos de magnitud 7 o superior. El mayor fue un terremoto ocurrido en diciembre de 1994 que tuvo una magnitud de 7,8 grados, con epicentro a unos 260 km al norte del terremoto del 11 de marzo del 2011, el cual causó 3 muertos y unos 300 heridos.


Horas después del terremoto y su posterior tsunami, el volcán Karangetang en las Islas Celebes (Indonesia) entró en erupción a consecuencia del terremoto inicial. La NASA con ayuda de imágenes satelitales ha podido comprobar que el movimiento pudo haber movido la Isla Japonesa aproximadamente 2,4 metros, y alteró el eje terrestre en aproximadamente 10 centímetros.


Zona afectada por el tsunami:





Volcán Karangetang en las Islas Celebes (Indonesia):