Hablemos de CIENCIA

El calentamiento global está, según el trabajo que publican esta semana en ‘Science’ detrás de un fenómeno que hasta ahora no se había detectado en toda su amplitud.

La expedición ICESCAPE (siglas de Impactos del Clima en los Ecosistemas y la Química del Ártico) exploró las aguas de los mares de Beaufort y Chukchi, en Alaska, a bordo de un rompehielos estadounidense. «Hemos observado una masiva expansión del fitoplancton entre 800 centímetros y 1,3 metros en la capa helada del primer año en el mar Chukchi», aseguran los autores.

Comparativa del hielo en 1979 y 2011, recogida por la NASA. |NASA
Esa capa se extiende en más de 100 kilómetros, un fenómeno que no había sido observado hasta ahora. El equipo ahora lo ha descubierto, ya fue capaz de encontrar hace un tiempo una ‘selva amazónica’ en medio del desierto de Mojave, en California, como recuerda Paola Bontempi, del programa de Biología Oceánica de la NASA.

Los cambios en el Ártico ya habían sido detectados por imágenes de satélite de la NASA. La expedición tenía como objetivo confirmar los datos, en un lugar de difícil acceso desde tierra.

Hasta ahora se pensaba que estas plantas que tiñen de verde el agua y son la base de la cadena alimenticia marina, sólo crecían después de que el hielo del mar se retiraba, lo que ocurre en verano. El problema, dice el biólogo Sam Laney, del Woods Hole Oceanographic Institution, está en que, igual que un aguacero hace florecer el desierto, la acumulación de agua de deshielo en cortos periodos de tiempo en el Ártico tienen importantes efectos sobre el ecosistema.

Flores bajo el hielo

Según sus análisis, al adelgazarse el hielo, la luz solar llega a las aguas que hay bajo la capa helada sobre el mar, lo que permite que la planta se desarrolle. «Si alguien me hubiera preguntado si veríamos flores bajo el hielo, les habría dicho que no era posible», reconoce Kevin Arrigo, de la Universidad de Stanford y líder de la expedición. «Ha sido una completa sorpresa», ha asegurado.

El fitoplancton, además, tuvo un crecimiento extremadamente activo, llegando a doblar su cantidad en un solo día, cuando las flores, en aguas abiertas, tardan dos o tres. Es más, los investigadores estiman que estas tasas pueden llegar a multiplicar por 10 las tasas de crecimiento de las plantas en aguas abiertas.

El Tevatrón ya no está en funcionamiento, pero los expertos están actualmente trabajando en los últimos datos que se recogieron del acelerador antes de su cierre, en octubre de 2011.

Según han explicado los expertos, los resultados no son concluyentes porque los datos que insinúan la existencia de la partícula también podrían provenir de otras partículas subatómicas. De este modo, actualmente, los físicos sólo podían descartar otras explicaciones con una confianza de 550 a 1.

Esto significa que hay una probabilidad de menos de 0,2% de que los restos de la colisión no sean de la partícula. Pero por las convenciones internacionales, la probabilidad debe ser cercana al 0,14% para considerarse prueba.

La misión científica del Curiosity, que comenzará dentro de unas semanas, cuando se hayan revisado y puesto a punto todos los equipos de a bordo, pretende ayudar a determinar si Marte pudo tener en algún momento condiciones aptas para la vida. “Hoy, las ruedas del Curiosity han empezado a despejar el camino para las huellas humanas en Marte”, declaró poco después de la llegada al planeta rojo del robot el director de la NASA, Charles Bolden, presente en el JPL, quien subrayó la importancia de la tecnología en esta misión y recalcó el triunfo estadounidense, con un marcado significado político. “Es una hazaña extraordinaria, que han hecho posible un equipo de científicos e ingenieros de todo el mundo dirigidos por los extraordinarios hombres y mujeres de la NASA y nuestro JPL”, dijo.

El Curiosity pretende ayudar a determinar
si Marte pudo tener  condiciones aptas
para la vida
Suavemente y con los sistemas vitales funcionando, llegó ayer a Marte el robot todoterreno Curiosity tras 36 semanas de viaje desde la Tierra. Eso es lo que indican todos los datos recogidos durante el complejo descenso del vehículo, suspendido de una plataforma, sobre una zona acotada previamente en el cráter Gale, al lado de una montaña. Una maniobra de descenso tan difícil que había sido bautizada como los siete minutos de terror. “Mi sensación ha sido que estaba viendo una película de aventuras. Me he tenido que convencer a mí mismo de que era real”, resumió Elachi.

Aunque todavía no se conoce la situación exacta del Curiosity, el éxito del aterrizaje bastó para que los ingenieros y científicos en el JPL explotaran en gritos de júbilo y lágrimas de emoción, una alegría incontenible que se prolongó durante un buen rato. Una marea de camisas polo con el emblema del Curiosity bordado, que vistieron todos los ingenieros y científicos, incluido Elachi y exaltada por el triunfo tras los tensos minutos de silencio esperando las primeras señales del Curiosity, se pudo seguir en directo ayer en todo el mundo por Internet.

Poco después de la celebración, los miembros de la misión se reunieron en la primera sesión de trabajo tras el aterrizaje de su todoterreno para analizar los datos recibidos y hacer el plan de tareas para hoy. Las primeras fotos fueron tomadas por el Curiosity con una cámara de las que utilizará para orientarse en sus desplazamientos. Para las imágenes en color y alta calidad habrá que esperar a que se despliegue el mástil del vehículo dentro de unos días, explicaron ayer sus responsables.

El vehículo, que pesa casi una tonelada y dispone de 10 avanzados instrumentos de exploración, entre ellos una estación meteorológica construida en España, es el más grande, complejo y avanzado que llega a la superficie de Marte. Por delante tiene una misión de dos años de duración (un año marciano), que dedicará a estudiar el entorno para establecer con mayor seguridad las posibilidades de que haya habido vida en algún momento de su historia en el planeta rojo.

Los siete minutos de terror se han convertido en los siete minutos
de triunfo
John Grunsfeld
“Los siete minutos de terror se han convertido en los siete minutos de triunfo”, señaló el director científico de la NASA, John Grunsfeld. “Curiosity nos habla desde la superficie de Marte», comentó el director del proyecto, Peter Theisinger en Pasadena.

Los instrumentos científicos del Curiosity tienen una masa total 15 veces mayor que sus predecesores en el suelo del planeta rojo, los rovers Spirit y Opportunity, que han estado varios años recorriendo la superficie marciana, a los que dobla en longitud y quintuplica en masa. Algunas de las herramientas que lleva nunca se han utilizado en Marte, como un instrumento láser que estudia la composición de las rocas a distancia. También dispone de un taladro para extraer muestras de rocas que recogerá con un brazo robótico para analizarlas en su laboratorio interno.

El lugar de aterrizaje permitirá también al vehículo acercarse a los estratos inferiores del monte Sharp existente en el cráter Gale, en los que las observaciones orbitales han identificado minerales arcillosos indicativos de la presencia de agua en la antigüedad.

Ayer el Curiosity se comunicó con la tierra, a 248 millones de kilómetros, a través de los satélites en órbita de Marte, que actuaron como repetidores de las señales. A la escucha estaba la denominada red de espacio profundo de la NASA, con sus tres estaciones de seguimiento, incluida la de Madrid, en Robledo de Chavela. Cuando el Curiosity tocó suelo marciano, la Tierra se había puesto tras el horizonte en la zona, y el robot no estaba en visibilidad directa con su planeta de origen. Durante la operación del vehículo, los expertos de la NASA podrán utilizar de nuevo los mismos satélites o comunicarse directamente, pero para ello el Curiosity tiene que desplegar, en los próximos días, su antena principal (construida por las empresas españolas EADS-CASA y Sener).

La cooperación internacional tiene un papel importante en la misión del Curiosity, como en casi todas del JPL. Además del instrumento español, hay dos franceses y uno ruso, y la Agencia Europea del Espacio (ESA) contribuye a recoger datos del Curiosity a través de su sonda Mars Express, en órbita de Marte. La nave empezó a registrar señales del Curiosity minutos antes de que este explorador, del tamaño de un coche, aterrizara en la superficie del planeta.

Se acaba de descubrir que un excepcional cúmulo de galaxias en la constelación del Fénix es capaz de formar estrellas a un ritmo de más de 700 masas solares por año. Este cúmulo ayudará a comprender de qué manera las galaxias forman sus estrellas.

Enjambres de galaxias

Un cúmulo de galaxias es un grupo de unas decenas, centenas o millares de galaxias ligadas gravitacionalmente. Típicamente, un cúmulo ocupa una región de unos cuantos millones de años-luz, un espacio enorme si se tiene en cuenta que el diámetro de nuestra Vía Láctea apenas alcanza los 100.000 años-luz. Muchos cúmulos parecen contener en su región central una galaxia muy masiva que debe jugar un papel muy importante en la evolución del grupo de galaxias.

Cúmulo de galaxias | Chandra
El espacio entre las galaxias de un cúmulo está ocupado por un plasma caliente de gas muy ionizado que emite rayos X. La emisión de este gas, que inicialmente se encuentra a muchos millones de grados, hace que se vaya enfriando progresivamente, por lo que se crean descomunales flujos radiales de materia, llamados ‘corrientes de enfriamiento’. Estas corrientes conducen el gas, cada vez más frío, hacia la región central del cúmulo donde se encuentra la galaxia más masiva.

Durante mucho tiempo los astrónomos creían que estos grandes flujos de materia deberían crear violentos episodios de formación estelar en la región central. Sin embargo, a pesar de las intensas búsquedas, tal actividad en formación de estrellas se observa raramente de manera clara en los cúmulos cercanos. Los astrónomos se refieren a esta paradoja con el nombre de ‘el problema de las corrientes de enfriamiento’. No hay una solución clara para tal problema, pero se especula con la idea de que los chorros que surgen de la proximidad del agujero negro supermasivo que debe residir en la galaxia central podrían contrarrestar el efecto de las corrientes de enfriamiento. Tales chorros se observan claramente en varios cúmulos, entre ellos el MS0735 mostrado en la figura adjunta.

En la mayor parte de las galaxias del entorno de la Vía Láctea, hasta una distancia de unos 10.000 millones de años-luz, parecen dominar las estrellas viejas y rojizas. La formación estelar violenta parece haber disminuido considerablemente en el Universo unos 3.700 millones de años después del Big Bang. Por esta razón, para estudiar los episodios más violentos de formación de estrellas se necesitaba observar cúmulos muy jóvenes, y por lo tanto muy distantes. Los recientes descubrimientos en el extraordinario cúmulo de Fénix vienen a remediar, al menos parcialmente, esta situación.

Un cúmulo único

En el año 2010, con el telescopio de ondas milimétricas del Polo Sur (SPT por sus siglas en inglés), un equipo de astrónomos liderado por R. Williamson (Univ. Chicago) catalogó una serie de cúmulos de galaxias, entre los que destacaba el denominado SPT-CL J2344-4243. Situado a una distancia de unos 5.700 millones de años-luz, en la constelación austral del ave Fénix, este cúmulo posee una masa de unos 2.000 billones de masas solares, esto es unas dos mil veces más que la masa de nuestra Vía Láctea. Este cúmulo, uno de los más masivos de los conocidos, ha pasado a denominarse simplemente el ‘cúmulo Fénix’.

La gran masa de este cúmulo ha motivado una serie rápida de observaciones en todos los rangos posibles del espectro. A diferencia de otros cúmulos situados a distancias similares o menores, que generalmente son rojizos, este cúmulo es mucho más azul e incluso presenta un gran flujo ultravioleta típico de intensa formación estelar. Observaciones de rayos gamma demuestran que en el centro del cúmulo existe un agujero negro supermasivo, unas 20 mil millones de veces más masivo que el Sol. Este agujero negro ha resultado ser el centro de una galaxia infrarroja ultraluminosa (de las denominadas ULIRG, por las siglas en inglés) que fue detectada con el telescopio espacial de infrarrojos HERSCHEL.

Finalmente, utilizando el telescopio CHANDRA de rayos X, un equipo coordinado por el astrónomo Michael McDonald (MIT) ha detectado de forma directa los rayos X emitidos por las corrientes de enfriamiento que están conduciendo grandes cantidades de materia intergaláctica sobre la galaxia ultraluminosa central.

Como el ave fénix, un cúmulo que resurge

El cúmulo Fénix se observa hoy en la Tierra tal y como era cuando habían transcurrido 8.000 millones de años tras el Big Bang. Pero hemos mencionado antes que la formación violenta de estrellas cesó en el Universo unos 3.700 millones después de aquella gran explosión. El Fénix es un cúmulo ‘viejo’ pero, debido a la gran intensidad de formación estelar que posee en su centro, parece un cúmulo en la juventud del Universo. Las corrientes de enfriamiento parecen transportar unas 4.000 masas solares por año hacia la región central. Parte de esta masa sirve para alimentar al agujero negro que aumenta su masa en unas 60 masas solares por año. Pero el mayor efecto de estas corrientes es el de incrementar la formación de estrellas en la galaxia central con una masa total que es la equivalente a la de 740 soles por año.

Con tal actividad en producción de estrellas, el cúmulo Fénix ofrece una oportunidad única para observar fenómenos de formación estelar violenta similares a los que tuvieron lugar en las primeras fases de la evolución del Universo. Naturalmente el gigantesco brote de formación estelar que observamos no ha estado operativo durante toda la vida del cúmulo (pues lo habría consumido). Es difícil estimar cuándo comenzó tal episodio y cuánto durará, quizás unas decenas o centenas de millones de años. Al igual que otros cúmulos vecinos, el cúmulo debió estar inactivo durante largos periodos de tiempo. Pero, de forma similar al resurgimiento del ave Fénix, el cúmulo resurgió de su inactividad, y alcanzó una nueva vida extremadamente fructífera en la formación de estrellas.

La tendencia natural es imaginar el genoma como la base de datos de HAL, el robot paranoico de 2001, odisea en el espacio, o incluso como La biblioteca de Babel de Borges, donde todo texto posible acababa por existir en algún anaquel de alguna estancia. Una metáfora más apta sería la Ventura highway de América, la autopista de Ventura “donde los días son más largos y las noches más fuertes que el aguardiente casero, según la canción del mismo nombre. O tal vez otra carretera por el desierto donde los lagartos vuelen.

La mayor paradoja del genoma humano es bien conocida: de sus 3.000 millones de letras químicas (los nucleótidos atccagtag… que están repartidos en 23 cromosomas como los artículos en los distintos tomos de una enciclopedia), solo el 1,5% parece ser funcional: lo que solemos llamar genes. El 98,5% restante sería basura genómica. Es como si en una estantería con 200 libros, solo tres libros significaran algo. O mejor, como si solo fuera cierto un versículo de la Biblia por página.

De ahí el proyecto Encode (acrónimo inglés de Enciclopedia de elementos de ADN) para describir todas las partes del genoma que tienen alguna función, aunque estén fuera de los genes convencionales. Es un superconsorcio científico internacional —solo la lista de los 442 firmantes ocupa una página y media con letra de prospecto— que presentó ayer sus resultados en seis artículos en Nature y otros 24 artículos en otras revistas científicas.

El principal resultado de esta especie de Proyecto Genoma II es que lo que se consideraba basura no era tal. El 80% del genoma humano resulta tener al menos una función bioquímica en al menos algún tejido del cuerpo y en al menos alguna fase del desarrollo o de la vida adulta. Y nada menos que el 95% del genoma está implicado en la regulación de los genes convencionales. De hecho, la mayoría de las variaciones implicadas hasta ahora en alguna enfermedad humana está en estas zonas que se consideraban basura, lo que abrirá nuevas posibilidades a la medicina.

“Uno de los descubrimientos más extraordinarios del consorcio”, dice Joseph Ecker, del Instituto Salk de California, “es que el 80% del genoma contiene elementos asociados a funciones bioquímicas, lo que liquida la percepción generalizada de que casi todo el genoma humano consiste en ADN basura”.

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La genómica no ha inventado nuevos conceptos. Lo que ha hecho es permitir el análisis de los viejos conceptos a una escala global, sin sesgos ni preconcepciones. Sus resultados son los primeros datos duros de la historia de la biología, un cuerpo de conocimiento que no depende de lo que el investigador esté buscando, el tipo de recolección de datos en el que se suele basar la física, la madre de todas las ciencias: primero se recopila todo lo que se puede, y luego se le busca el sentido. La investigación biológica ha dado sin duda un salto cuantitativo en las últimas dos décadas. Que ese salto sea también cualitativo es más dudoso, como saben muy bien los investigadores del área.

Y la cuestión tiene un interés incluso filosófico. “Los resultados nos obligan a repensar la definición de gen y de la unidad mínima de la herencia”, dice Ecker.

Hasta ahora solo se daba valor al 1,5% de las letras químicas del ADN
La cuestión puede ser demasiado técnica en un sentido, o demasiado profunda en otro. Lo que importa, si hemos de fiarnos de la historia, es si ilumina el camino hacia una realidad oculta hasta ahora, una que todos teníamos ante las narices sin alcanzar a verla. Y algunos científicos piensan que así es.

La autopista de Ventura genómica está llena de señales y carteles, pero solo unos pocos se ven en cada momento. Igual que la que da nombre, que cruza California, en invierno todos son visibles salvo los que están cubiertos de hielo en las cotas altas; en verano la vegetación oculta los letreros más cercanos al valle. Como consecuencia, los ingresos de cada restaurante muestran una evidente dependencia de la temperatura. Esta es otra percepción central de la genómica actual: que todas las células de un cuerpo tendrán los mismos genes, pero que sus patrones de activación dependen del entorno.

Era como si en una estantería de 200 libros solo tres tuvieran sentido
Una de las revelaciones de la nueva tecnología del ADN es que, aunque la genética es lineal desde que Mendel la formuló en el siglo XIX gracias a sus juegos con las pieles y los colores de los guisantes, sus sutilezas —la clase de mecanismos que impulsaron la evolución de la especie humana— no lo son en absoluto. Los genes, como predijeron Mendel y la genética clásica, son en efecto tramos de ADN (tccggttaca…) que se disponen uno detrás de otro en rigurosa fila en el cromosoma, como en la autopista de Ventura.

La activación de un proceso puede estar en cromosomas distintos
Pero las regiones reguladoras de los genes —los tramos de secuencia de ADN que les dicen a otros tramos de secuencia de ADN dónde y cuándo tienen que activarse— no siempre son adyacentes a los genes propiamente dichos, sino que a veces están muy lejos en el cromosoma, y a menudo están alojados incluso en otro cromosoma distinto.

Algunos científicos creen que esa, precisamente, es la revolución genética en ciernes: la forma en que esa no linealidad de la regulación genética está revelando la arquitectura profunda del núcleo de nuestras células, la pura y simple geometría del genoma.

Tras la secuenciación del ADN humano en el año 2000, quedaba mucho por conocer de esa ‘enciclopedia’ que contiene todas las instrucciones para construir el cuerpo humano. De ahí que se iniciaran varios proyectos para saber más del genoma y conocer cómo funciona.

Los 30 estudios que ahora se publican están englobados dentro del proyecto ENCODE, acrónimo en inglés de Enciclopedia de los elementos del ADN, y han sido realizados en 32 laboratorios de diferentes países entre los que se incluyen el Centro de Regulación Genómica en Barcelona y el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) en Madrid.

Lo que ellos muestran es el paisaje completo del genoma. Si hasta ahora los protagonistas de todas las miradas habían sido los genes, el proyecto ENCODE da luz al resto del genoma y desvela que cerca del 80% tiene actividad.

Los científicos se habían centrado en un 2% del genoma o, lo que es lo mismo, en los genes. Uno de los principales motivos es que son ellos los que producen las proteínas, que son las unidades estructurales y funcionales de las células, los ‘ladrillos’ del cuerpo sin los cuales no habría órganos ni otros componentes. Pero quedaba una parte importante del ADN, al que no se le había prestado tanta atención. Sin embargo, lo que revelan los datos aportados por 440 investigadores es que esa parte del genoma que parecía no tener ninguna función sí que interviene regulando el proceso.

Esas zonas reguladoras son como los interruptores de la casa que es nuestro cuerpo. Son los que activan o desactivan todos los circuitos del hogar. Esta parte del genoma apaga o enciende los genes y además regulan el cuándo, cómo y qué cantidad de proteínas tienen que producir, es decir, es fundamental en la biología humana, tanto que los científicos sugieren cambiar la definición de gen.

«Los elementos reguladores son responsables de garantizar que las proteínas del cristalino estén en las lentes de tus ojos y que la hemoglobina esté en tu sangre, y no en cualquier otro lugar. Es muy complejo. El procesamiento de la información y la inteligencia del genoma reside en los elementos reguladores. Con este proyecto, probablemente hemos podido pasar de comprender menos del 5% a cerca del 75% de ellos», asegura Jim Kent, director del Centro de Coordinación de los Datos (UCSC) de ENCODE.

Enfermedades previstas desde la etapa fetal

Por otro lado, también han visto que el 88% de esas regiones reguladoras contienen variantes de ADN asociadas a enfermedad que se activaron durante el desarrollo embrionario. Esto supone que ya desde la etapa fetal se determina la salud del ser humano, aunque luego la aparición de muchas de esas posibles enfermedades ocurrirá si se dan circunstancias particulares durante la vida.

Además, se ha determinado que los cambios en el ADN se dan en zonas reguladoras relacionadas con la enfermedad de ciertos órganos o células. Por ejemplo, las variantes de ADN asociadas a la diabetes se producen en la parte del genoma ahora estudiada, pero no en cualquier punto, sino en la zona que regula los genes que controlan aspectos del metabolismo del azúcar o de la secreción de insulina. Otro ejemplo son las variantes que se dan en las zonas que regulan en sistema inmunológico y que han podido vincular a enfermedades como la esclerosis múltiple, el asma o el lupus.

En definitiva, que el ADN humano está formado por genes y por otras zonas que influyen sobre ellos. Hasta ahora sólo se conocía y se estudiaban los primeros, que serían algo así como los protagonistas de una película, pero el trabajo de ENCODE ha revelado que en esa película hay otros componentes tan o más importantes que los protagonistas, el resto del reparto y de personas que hacen esa película que es el cuerpo humano.

¿Y esto es todo? Pues no. Los datos se han conseguido analizando 147 tipos celulares, incluyendo 235 anticuerpos u otros elementos. Sin embargo, todavía faltaría estudiar muchas más células y tejidos de nuestro cuerpo para conocer mejor cómo funciona nuestro ADN y qué hace para producir unos órganos u otros. Además, lo que muestra este proyecto es una foto fija pero falta el dinamismo del proceso.