miércoles, 22 de noviembre de 2017

Sahara Forest

Convertir el desierto en un lugar verde, sostenible y más habitable.




Es un objetivo ambicioso, pero a por él va el proyecto Sahara Forest, que ha puesto en marcha en una de las zonas más áridas de un país ya de por sí especialmente árido,Jordania, unas instalaciones de alta tecnología para el cultivo en invernadero y en exteriores. Desalación de agua, producción de sal e instalaciones fotovoltaicas completan una iniciativa de la que se espera mucho: que este oasis acabe tiñendo de verde hasta 20 hectáreas, hasta ahora de puro desierto, en las que se produzcan 130.000 kilos de vegetales al año.

Esa es la meta y, en la salida de esa carrera de fondo, lo que ahora mismo está en marcha en las proximidades de la ciudad de Aqaba son unas instalaciones de tres hectáreas en las que se empieza a experimentar con el sol, el agua salada y el desierto para producir comida de alta calidad, agua dulce y energía limpia; todo ello con la intención de hacer realidad lo que parece imposible: emprender el camino para que la producción hortofrutícola fructifique en pleno desierto.



Dos invernaderos con un área de producción de 1.350 metros cuadrados, en los que el agua salada aporta las condiciones necesarias para el cultivo de alimentos de alta calidad; paneles fotovoltaicos que aportarán toda la energía que este proyecto necesita; 3.200 metros cuadrados de tierras de cultivo al aire libre, y una unidad de desalación con capacidad para 10.000 litros de agua al día son, por el momento, los elementos de este proyecto, que incluye también estanques para la producción de sal y un laboratorio de investigación y desarrollo.



La construcción de esta estructura arrancó en octubre de 2016 y empezó a rodar en septiembre de 2017 para aportar una solución que facilite la producción en zonas áridas como Jordania en las que, además, las perspectivas respecto al clima no dan pie a la esperanza. Las temperaturas suben, las lluvias bajan y el país sigue asistiendo a un aumento de la población, con la llegada de cientos de miles de refugiados de Irak y Siria en los últimos años.

En este contexto, las mejoras que espera lograr el Sahara Forest Project pueden marcar la diferencia entre falta de alimento y de agua, y posibilidades para obtener recursos tan vitales como estos. “El objetivo es allanar el camino para la extensión a gran escala de la agricultura en Jordania”, aseguran desde la iniciativa, que subraya además que todo el trabajo que se realiza en terreno sigue tres premisas: que sea bueno para la gente, bueno para el medioambiente y bueno para los negocios.


Así, lo que se espera conforme avancen los trabajos es que el proyecto crezca hasta alcanzar las veinte hectáreas de terreno y, si es posible, hasta replicar los buenos resultados obtenidos durante un piloto desarrollado en Qatar. Allí, no solo se llegaron a cultivar casi una veintena de variedades, sino que se avanzó hacia la producción de algas marinas, entre otras iniciativas.

Por ello, esta línea de trabajo que, en el caso de Jordania, ha sido respaldada con fondos del Gobierno noruego y de la Unión Europea, entre otros, va camino de ponerse en marcha en Túnez, donde ya se está estudiando el potencial que podría tener el proyecto en un país que, por sus condiciones geográficas y climatológicas, también puede beneficiarse y mucho de alternativas que logren que producir en el desierto sea una posibilidad real.

domingo, 19 de noviembre de 2017

Microbios patógenos

Lo más elemental de la vida está representado en los microbios, estos son seres que sólo pueden verse a través del microscopio, en su mayoría son seres de una sola célula que tienen múltiples formas y tamaños.

Son aquellos capaces de producir enfermedad o daño. Por ejemplo los virus, las bacterias, los hongos y los protozoos.Estos seres microscópicos producen enfermedades que pueden terminar con nuestra vida.

La piel es nuestra primer barrera contra las enfermedades; y para prevenirlas, es necesario mantenerla limpia y bañarse frecuentemente.

De acuerdo a la forma de vida y condiciones climáticas, de suelo, entre otras; existen enfermedades que inciden más en un país que en otros.




sábado, 18 de noviembre de 2017

Malaria

El paludismo es causado por un parásito denominado Plasmodium que se transmite a través de la picadura de mosquitos infectados. En el organismo humano, los parásitos se multiplican en el hígado y después infectan los glóbulos rojos.

Entre los síntomas del paludismo destacan la fiebre, las cefaleas y los vómitos, que generalmente aparecen 10 a 15 días después de la picadura del mosquito. Si no se trata, el paludismo puede poner en peligro la vida del paciente en poco tiempo, pues altera el aporte de sangre a órganos vitales. En muchas zonas del mundo los parásitos se han vuelto resistentes a varios antipalúdicos.

Entre las intervenciones fundamentales para controlar la malaria se encuentran el tratamiento rápido y eficaz con combinaciones de medicamentos basadas en la artemisinina, el uso de mosquiteros impregnados en insecticida por parte de las personas en riesgo y la fumigación de los espacios cerrados con insecticidas de acción residual, a fin de controlar los mosquitos vectores.



viernes, 17 de noviembre de 2017

Investigadores del Imperial College de Londres crearon un increíble papel tapiz solar de recolección de energía mediante circuitos impresores de inyección de tinta y cianobacterias en papel. Las cianobacterias viven a través del proceso de impresión, y luego realizan la fotosíntesis para cosechar energía. El equipo describe el producto como una bio-batería dos en uno y un panel solar, y dicen que una pieza del papel tapiz del tamaño de un iPad podría proporcionar suficiente electricidad para hacer funcionar un reloj digital o una bombilla LED.

Imperial College London, la Universidad de Cambridge y los investigadores de Central Saint Martins trabajaron juntos en el proyecto. Utilizaron cianobacterias como tinta, imprimiendo las bacterias con una impresora de chorro de tinta sobre nanotubos de carbono eléctricamente conductores, que también se habían impreso con chorro de tinta en el papel, según el Imperial College de Londres. Las cianobacterias, aún vivas, realizaron la fotosíntesis, lo que permitió que el panel bio-solar cosechara energía eléctrica.



Los investigadores piensan que podría haber varias aplicaciones para el papel tapiz. Marin Sawa, del Imperial College London, dijo en un comunicado:

“Imagine un sensor ambiental desechable, basado en papel, disfrazado de papel tapiz, que podría monitorear la calidad del aire en el hogar. Cuando haya hecho su trabajo, podría eliminarse y dejarse biodegradar en el jardín sin ningún impacto sobre el medio ambiente “.

La investigación ofrece un desarrollo en tecnología bio-fotovoltaica microbiana (BPV), explotando “la capacidad de las cianobacterias y otras algas que utilizan la fotosíntesis para convertir la energía de la luz en una corriente eléctrica usando agua como fuente de electrones”, según el Imperial College de Londres. Las cianobacterias no solo pueden generar electricidad durante el día, sino también de noche, a partir de moléculas que producen a la luz del día.



Los BPV pueden ser difíciles de llegar al mercado (dos obstáculos, el costo y la duración), pero el uso de una impresora de inyección de tinta por parte del equipo podría permitirles escalar la tecnología fácilmente. Andrea Fantuzzi, también del Imperial College London, dijo que los BPV en papel no se usarían para producir energía solar a gran escala, “sino que podrían usarse para construir suministros de energía que sean desechables y biodegradables”. Su bajo rendimiento de potencia significa que son más adecuados para dispositivos y aplicaciones que requieren una cantidad pequeña y finita de energía, como sensores ambientales y biosensores “.

La locomoción en Protozoos


Los protozoos se mueven de diversas formas.

Clasificación de los protozoos según su modo de desplazarse

Rizópodos: Poseen pseudópodos (falsos pies), que son prolongaciones de la célula que les sirven para el movimiento y para alimentarse. Un ejemplo característico es la ameba. También los foraminíferos (con un caparazón por cuyos orificios salen los pseudópodos) y la Entamoeba histolítica, que produce la disentería, enfermedad propia de los países tropicales y que produce unas diarreas muy intensas.

Ciliados: Se desplazan por cilios, filamentos cortos y numerosos que rodean su cuerpo. Pueden poseer dos núcleos. Como ejemplos podemos citar el Paramecio y la Vorticela.


Tripanosomas en sangre
Flagelados: Para moverse utilizan unos filamentos largos y poco numerosos, llamados flagelos.

Muchos son de vida libre y otros son parásitos, como el Tripanosoma, que produce la enfermedad del sueño.

El tripanosoma es transportado por la saliva de la mosca tsé-tsé, que contagia al picar a otros seres vivos.

Esporozoos: Son todos parásitos de células. Carecen de órganos de locomoción. Se reproducen por división múltiple, formando numerosas esporas. Un representante es el Plasmodio, que produce la malaria, también llamada paludismo, es una enfermedad de los glóbulos rojos de la sangre. El plasmodio es transmitido por la hembra del mosquito Anopheles.



jueves, 16 de noviembre de 2017

Fase luminosa de la fotosintesis

Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se ancuentran organizados en fotosistemas(conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía.


Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm)y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680.

La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce,la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están rarios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI.

En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso , el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP.

El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I.

En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH,al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O.

Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - procesk conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I unicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH , mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno.



Mientras la luz llega a los fotosistemas, se mantiene un flujo de electrones desde el agua al fotosistema II, de éste al fotosistema I, hasta llegar el NADP+ que los recoge; ésta pequeña corriente eléctrica es la que mantiene el ciclo de la vida.





miércoles, 15 de noviembre de 2017

Dopamina y la percepción del tiempo

El cerebro humano está formado por una compleja serie de redes neuronales, que se comunican entre sí gracias a la actuación de los llamados neurotransmisores. Una de estas sustancias, una de las más conocidas, es la que llamamos dopamina.
Esta juega un papel muy importante en enfermedades como el Párkinson, ya que el factor principal por la que se desarrolla es precisamente la carencia de este neurotransmisor. Un reciente estudio ha comprobado que la dopamina podría realizar una función muy importante en nuestra percepción del paso del tiempo.

Todo es subjetivo
Como bien sabemos, el paso del tiempo es algo bastante subjetivo. Una hora puede parecernos 10 minutos, o 4 horas, dependiendo de qué hagamos durante ese periodo de tiempo. Dicho esto, unos investigadores han descubierto algo que relaciona a la dopamina con estas sensaciones subjetivas.

Los cientificos, pertenecientes al Centro Champalimaud de Portugal, creen que la dopamina modifica nuestro reloj interno. Su estudio ha sido recientemente publicado en la prestigiosa revista Science, confirmando una relación directa entre la actividad neuronal y la sensación de paso del tiempo.

Para llegar a estas conclusiones, analizaron la actividad neuronal de un grupo de ratones. Mediante distintas pruebas, consiguieron averiguar si el intervalo entre dos sonidos distintos era concebido como más largo o más corto por los propios animales.

La dopamina está relacionada con las sensaciones amorosas, la motivación, la recompensa y en general, los sentimientos agradables. Por lo tanto y, según el estudio, cuando disfrutamos algo sentimos que todo pasa más deprisa, precisamente por la actuación de las neuronas. La dopamina nos hace sentir bien, pero también altera nuestra percepción del tiempo.

Otra prueba a favor de esta teoría, sería el hecho de que los pacientes con Párkinson, sienten el paso de tiempo como muy lento. Esto estaría causado por el claro déficit de dopamina que sufren, debido a las pequeñas lesiones cerebrales que padecen.

Glucocalix

Los glúcidos presentes en las membranas no se encuentran libres, como ocurría con los glucosaminoglucanos en la matriz extracelular, sino que están unidos covalentemente a los lípidos formando los glucolípidos y a las proteínas formando las glucoproteínas de membrana.Por último, algunos proteoglucanos insertan sus cadenas de aminoácidos con radicales hidrófobos en la membrana, quedando los glucosaminoglucanos hacia el exterior. Aunque existen glúcidos en las membranas intracelulares, tanto glucolípidos como glucoproteínas son más abundantes en la membrana plasmática, preferentemente localizados en la monocapa externa. Los glúcidos de las membranas se ensamblan principalmente en el aparato de Golgi, aunque también en el retículo endoplasmática.
Hay tres tipos de glucolípidos: los glucoesfingolípidos, que son los más abundantes, los gliceroglucolípidos y los glucosilfosfatidilinositoles. Los gliceroglucolípidos son típicos de las membranas plasmáticas de las plantas. Sin embargo, la mayoría de los glúcidos de membrana se encuentran asociados a las proteínas, denominadas glucoproteínas. Mientras que prácticamente todas las proteínas contienen sacáridos unidos, sólo un 5 % de los lípidos los poseen. Al conjunto de glúcidos localizados en la membrana plasmática se les denomina glucálix. En algunos tipos celulares la cantidad de glúcidos que se encuentran en las superficie celular es tan grande que puede observarse con el microscopio electrónico. La célula queda así recubierta por una envoltura de glúcidos que representa entre el 2 y el 10 % del peso de la membrana plasmática. El grado de desarrollo del glucocálix depende del tipo celular.
Gúcidos

Esquema de algunas moléculas glucosidadas de la membrana plasmática. Los glucolípidos son principalmente esfingolípidos con diferente composición de glúcidos. Algunos proteoglucanos tienen su parte proteica insertada entre las cadenas de ácidos grasos. Numerosos glúcidos de la membrana forman parte de las glucoprotínas, formando enlaces tipo O (con los aminoácidos serina) o tipo N (con los aminoácidos asparragina) (Modificado de Fuster y Esko, 2005).
No se puede considerar a los glúcidos como moléculas inertes sino que tienen papeles importantes en el funcionamiento celular, fundamentalmente actúan como lugares de reconocimiento y unión. Por ejemplo, los grupos sanguíneos vienen determinados por glúcidos de la membrana, lo que implica que tienen capacidad de respuesta inmunitaria. Cuando se produce una infección, las células endoteliales próximas exponen una serie de proteínas llamadas selectinas que reconocen y unen sacáridos de los linfocitos circulantes en el torrente sanguíneo y permiten su adhesión y el cruce del propio endotelio para dirigirse hacia la zona infectada. El reconocimiento celular mediado por los glúcidos es también muy importante durante el desarrollo embrionario. Son también unos de los principales lugares de reconocimiento por parte de los patógenos para unirse e infectar a las células. Los virus como el de la gripe, bacterias como las E. coli patógenas y protozoos patógenos deben adherirse a la superficie celular para infectar, de otra manera serán barridos por los mecanismos de limpieza del organismo. Estos organismos patógenos poseen unas proteínas de membrana denominadas lectinas que tienen afinidad por determinados azúcares o cadenas de azúcares y por tanto sólo reconocerán a las células que los posean. La selectividad en la infección de determinados tipos celulares depende de la composición de azúcares de su glucocálix. Existen diferencias entre los glúcidos de la membranas de vertebrados, invertebrados y protozoos.

martes, 14 de noviembre de 2017

Transforman CO2 en etanol

Nuestra atmósfera tiene demasiado dióxido de carbono, y necesitamos encontrar una manera de deshacernos de algunos de ellos. Ese es un desafío de dos partes, porque significa que debemos averiguar cómo no sólo sacar el dióxido de carbono del aire sino también una manera de almacenarlo después.

La última solución posible proviene de un grupo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que han encontrado una manera de convertir el CO2 atmosférico en etanol usando nada más que el poder del sol. Que el etanol puede ser almacenado con seguridad para mantenerlo fuera de la atmósfera o utilizado como una alternativa a los combustibles fósiles.

"A medida que el aumento de los niveles atmosféricos de CO2 cambia el clima de la Tierra, la necesidad de desarrollar fuentes sostenibles de energía se ha vuelto cada vez más urgente", dijo el autor del estudio Joel Ager. "Nuestro trabajo aquí demuestra que tenemos un camino plausible para producir combustibles directamente de la luz solar".


Los investigadores forman parte del Centro de Articulación Artificial de Berkeley Lab, que busca recrear el proceso mediante el cual las plantas transforman la luz solar, el agua y el CO2 en energía. La investigación anterior ha encontrado maneras de hacer esto, pero estos métodos requieren típicamente mucha electricidad. Los investigadores de Berkeley estaban buscando lograr esto con la menor electricidad posible para hacer que el proceso fuera tan eficiente como pudieran.

Para la fotosíntesis artificial, el uso de electricidad se mide mediante la iluminación solar. La iluminación de 1 sol es la electricidad generada cuando el sol está directamente sobre la cabeza en un día sin nubes, mientras que la iluminación de 0.1 sol sería la energía producida al atardecer. La mayoría de las máquinas fotossintéticas artificiales actuales sólo trabajan alrededor de la iluminación de 1 sol, que está bien en el laboratorio, pero poco práctico para el mundo real, donde la superficie de la Tierra no está siempre expuesta a la luz solar total.

Para mantener la reacción de la fotosíntesis artificial a baja energía, el equipo de Berkeley se volvió a una variedad de nuevos materiales. Desarrollaron un ánodo de nanotubo de óxido de iridio para convertir el agua en oxígeno y un cátodo nanocoral de cobre y plata para convertir el CO2 en etanol. Estos materiales hicieron la fotosíntesis artificial posible incluso en la iluminación del 0.35-sol.

"La reducción de CO2 a un producto final de hidrocarburos como el etanol o el etileno puede tomar hasta 5 voltios, empieza a terminar", dijo el autor del estudio Gurudayal. "Nuestro sistema redujo a la mitad."

"Este es un gran paso adelante en el diseño de dispositivos para una reducción eficiente del CO2", dijo la química Frances Houle, de Berkeley Lab, que no formó parte de este estudio. "Proporciona un marco claro para el futuro avance de los dispositivos de reducción de CO2 con integración solar integrada".

lunes, 13 de noviembre de 2017

Reescribiendo la historia de la fotosíntesis

Los investigadores han logrado su mejor visión de los orígenes de la fotosíntesis, una de las innovaciones más trascendentales de la naturaleza. Al tomar imágenes casi-atómicas de rayos X de alta resolución de proteínas de bacterias primitivas, los investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad Estatal de Pensilvania han extrapolado cómo podría haber sido la versión más antigua de la fotosíntesis hace casi 3.500 millones de años. Si tienen razón, sus hallazgos podrían reescribir la historia evolutiva del proceso que utiliza la vida para convertir la luz solar en energía química.

La fotosíntesis alimenta directa o indirectamente a casi todos los organismos de la Tierra. Es responsable de la composición de nuestra atmósfera y forma la base de muchos ecosistemas entrelazados del planeta. Además, como señaló Wolfgang Nitschke, un biólogo del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica en París, la fotosíntesis liberó a las células para crecer y evolucionar sin límites al permitirles derivar energía de una fuente nueva, inagotable y no terrestre. "Cuando la fotosíntesis entró en escena, la vida se conectó con el cosmos", dijo.

Los científicos quieren descubrir qué hizo eso posible. En su forma actual, la maquinaria que convierte la energía de la luz en energía química en la fotosíntesis, un complejo de proteínas llamado centro de reacción, es increíblemente sofisticada. La evidencia sugiere, sin embargo, que su diseño, que se extiende casi hasta la raíz del árbol de la vida, fue una vez muy simple. Los investigadores han intentado durante décadas llenar ese enorme vacío en su comprensión de cómo (y por qué) evolucionó la fotosíntesis.

Con ese fin, han dirigido su atención a los organismos existentes. Al estudiar los detalles moleculares de las reacciones que las plantas verdes, las algas y algunas bacterias utilizan para la fotosíntesis, y mediante el análisis de las relaciones evolutivas entre ellos, los científicos están tratando de armar una narrativa histórica convincente para el proceso.

La última pista importante proviene de Heliobacterium modesticaldum, que tiene la distinción de ser la bacteria fotosintética más simple conocida. Su centro de reacción, según los investigadores, es lo más parecido al complejo original. Desde que los biólogos Kevin Redding, Raimund Fromme y Christopher Gisriel de la Universidad Estatal de Arizona, en colaboración con sus colegas de Penn State, publicaron la estructura cristalográfica de ese complejo proteico en una edición de julio de Science, los expertos han estado desempaquetando exactamente lo que significa la evolución de la fotosíntesis. "Realmente es una ventana al pasado", dijo Gisriel. "Esto es algo que hemos estado esperando durante 15 años", dijo Nitschke.

En busca de un ancestro común

Al principio, la mayoría de los científicos no creían que todos los centros de reacción encontrados en los organismos fotosintéticos hoy en día pudieran tener un solo ancestro común. Es cierto que todos los centros de reacción recogen la energía de la luz y la bloquean en compuestos en una forma que es químicamente útil para las células. Para hacer esto, las proteínas pasan electrones a lo largo de una cadena de transferencia de moléculas en una membrana, como si saltaran a lo largo de una serie de escalones. Cada paso libera energía que finalmente se usa en la línea para crear moléculas portadoras de energía para la célula.

Pero en términos de función y estructura, los centros de reacción del fotosistema se dividen en dos categorías que difieren en casi todos los sentidos. Photosystem I sirve principalmente para producir el portador de energía NADPH, mientras que el fotosistema II produce ATP y divide las moléculas de agua. Sus centros de reacción utilizan diferentes pigmentos que absorben la luz y absorben diferentes porciones del espectro. Los electrones fluyen a través de sus centros de reacción de manera diferente. Y las secuencias de proteínas para los centros de reacción no parecen tener ninguna relación entre sí.

Ambos tipos de fotosistema se combinan en plantas verdes, algas y cianobacterias para realizar una forma particularmente compleja de fotosíntesis -la fotosíntesis oxigénica- que produce energía (en forma de ATP y carbohidratos) y oxígeno, un subproducto tóxico para muchas células. Los organismos fotosintéticos restantes, todos los cuales son bacterias, usan solo un tipo de centro de reacción u otro.

Por lo tanto, parecía que había dos árboles evolutivos a seguir, es decir, hasta que las estructuras cristalinas de estos centros de reacción comenzaron a surgir a principios de los años noventa. Los investigadores vieron evidencia innegable de que los centros de reacción para los fotosistemas I y II tenían un origen común. Los componentes funcionales específicos de los centros parecían haber sufrido algunas sustituciones durante la evolución, pero se conservaba el motivo estructural general en sus núcleos. "Resultó que se conservaron las grandes características estructurales, pero las similitudes de secuencia se perdieron en las brumas del tiempo", dijo Bill Rutherford, presidente de bioquímica de la energía solar en el Imperial College de Londres.

"La naturaleza ha jugado pequeños juegos para cambiar algunas de las funciones del centro de reacción, para cambiar los mecanismos por los que funciona", agregó Redding. "Pero no ha reescrito el libro de jugadas. Es como tener un diseño de cortador de galletas para una casa, construir la misma casa una y otra vez, y luego cambiar cómo se arreglan las habitaciones, cómo se coloca el mueble. Es la misma casa, pero las funciones internas son diferentes ".

Los investigadores comenzaron a hacer comparaciones más detalladas entre los centros de reacción, en busca de pistas sobre su relación y cómo divergieron. Las Heliobacterias los han acercado unos pasos a ese objetivo.

Harkening (escuchando atentamente) a un tiempo anterior
Desde que se descubrió en el suelo alrededor de las aguas termales de Islandia a mediados de la década de 1990, H. modesticaldum ha presentado a los investigadores una pieza interesante del rompecabezas de la fotosíntesis. La única bacteria fotosintética en una familia con cientos de especies y géneros, el equipo de fotosíntesis de las heliobacterias es muy simple, algo que se hizo aún más evidente cuando se secuenció en 2008. "Su genética está muy optimizada", dijo Tanai Cardona, bioquímico de Imperial College London.

Las Heliobacterias tienen centros de reacción perfectamente simétricos, usan una forma de bacterioclorofila que es diferente de la clorofila que se encuentra en la mayoría de las bacterias y no pueden realizar todas las funciones que otros organismos fotosintéticos pueden realizar. Por ejemplo, no pueden usar dióxido de carbono como fuente de carbono y mueren cuando se exponen al oxígeno. De hecho, su estructura tardó casi siete años en obtenerse, en parte debido a las dificultades técnicas para mantener las heliobacterias aisladas del oxígeno. "Cuando comenzamos a trabajar en él", dijo Redding, "lo matamos más de una vez".

En conjunto, "las heliobacterias tienen una simplicidad en su organización que es sorprendente en comparación con los sistemas muy sofisticados que tienes en plantas y otros organismos", dijo Robert Blankenship, una figura destacada en la investigación de fotosíntesis en la Universidad de Washington en St. Louis. "Se remonta a un tiempo evolutivo anterior".

Su simetría y otras características "representan algo completamente despojado", agregó Redding, "algo que creemos que está más cerca de cómo se habría visto ese centro de reacción ancestral hace tres mil millones de años".

Una mirada al pasado
Después de tomar cuidadosamente imágenes de los centros de reacción cristalizados, el equipo descubrió que aunque el centro de reacción está oficialmente clasificado como tipo I, parecía ser más bien un híbrido de los dos sistemas. "Es menos como el fotosistema I de lo que pensábamos", dijo Redding. Algunas personas incluso podrían llamarlo "tipo 1.5", según Gisriel.

Una razón para esa conclusión involucra moléculas grasas llamadas quinonas, que ayudan a transferir electrones en los centros de reacción fotosintéticos. Cada centro de reacción estudiado hasta ahora usa quinonas unidas como intermedias en algún punto del proceso de transferencia de electrones. En el fotosistema I, las quinonas en ambos lados están estrechamente unidas; en el fotosistema II, están estrechamente unidos por un lado, pero unidos por el otro. Pero ese no es el caso en el centro de reacción de la heliobacteria: Redding, Fromme y Gisriel no encontraron quinonas permanentemente unidas entre los escalones de la cadena de transferencia de electrones. Eso probablemente significa que sus quinonas, aunque todavía participan en la recepción de electrones, son móviles y pueden difundirse a través de la membrana. El sistema podría enviarles electrones cuando no se disponga de otra molécula más energéticamente eficiente.

Este hallazgo ha ayudado al equipo de investigación a deducir qué pudieron haber estado haciendo los primeros centros de reacción. "Su trabajo probablemente reduciría las quinonas móviles", dijo Redding. "Pero no lo estaban haciendo muy bien". En el escenario de los investigadores, los sitios de quinona estrechamente unidos son una adaptación más reciente, y los centros de reacción tipo I y tipo II de hoy representan estrategias evolutivas alternativas, abarcadas por diferentes linajes de organismos, para mejorar el trabajo descuidado, menos que ideal del sistema ancestral.

"Pero entonces la pregunta es, ¿por qué la naturaleza ha cambiado este tipo de cadena de transferencia de electrones?", Preguntó Fromme. Su trabajo respalda la hipótesis de que podría tener algo que ver con el oxígeno.

Cuando un organismo está expuesto a demasiada luz, los electrones se acumulan en la cadena de transferencia. Si hay oxígeno alrededor, esta acumulación puede conducir a un estado de oxígeno perjudicialmente reactivo. Agregar una quinona firmemente unida al complejo no solo proporciona una ranura adicional para lidiar con posibles atascos de tráfico; la molécula, a diferencia de otras utilizadas en la cadena de transferencia, tampoco presenta ningún riesgo de producir esa forma nociva de oxígeno. Una explicación similar funciona para por qué los centros de reacción se volvieron asimétricos, agregó Gisriel: Hacer eso habría agregado más piedras escalonadas también, lo que habría amortiguado de manera similar contra el daño causado por la acumulación de demasiados electrones.

Uno de los próximos pasos de los investigadores es poner marcas de tiempo en el momento en que esta asimetría y estas quinonas estrechamente unidas entraron en escena, lo que les ayudaría a determinar cuándo era posible la fotosíntesis oxigénica.

Todos los caminos conducen al oxígeno
Cardona, que no participó en el estudio reciente pero comenzó a interpretar los resultados, cree que pudo haber encontrado una pista en el centro de reacción de la heliobacteria. Según él, el complejo parece tener elementos estructurales que más tarde se habrían prestado a la producción de oxígeno durante la fotosíntesis, incluso si ese no era su propósito inicial. Descubrió que un sitio de unión particular para el calcio en la estructura de las heliobacterias era idéntico a la posición del grupo de manganeso en el fotosistema II, que permitía oxidar el agua y producir oxígeno.

"Si el sitio ancestral [de calcio] en una etapa posterior se convirtió en el grupo de manganeso", dijo Cardona, "eso sugeriría que la oxidación del agua estuvo involucrada en los eventos más antiguos en la divergencia entre los centros de reacción tipo I y tipo II". a su vez, significaría que la fotosíntesis oxigénica era mucho más antigua de lo esperado. Los científicos comúnmente han supuesto que la fotosíntesis oxigénica apareció poco antes del Gran Evento de oxigenación, cuando el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera de la Tierra y causó una extinción masiva hace 2.3 a 2.5 mil millones de años. Si Cardona tiene razón, puede haber evolucionado casi mil millones de años antes, poco después de que la fotosíntesis hiciera su debut.

Ese momento habría sido lo suficientemente temprano como para anteceder a las cianobacterias típicamente acreditadas como los primeros organismos en realizar la fotosíntesis oxigénica. Según Cardona, es posible que muchas bacterias lo hagan, pero que después de mutaciones, divergencias y otros eventos, solo las cianobacterias conserven la habilidad. (Cardona publicó un artículo este año citando otra evidencia molecular para esta hipótesis. Todavía no ha presentado argumentos formales sobre el potencial vínculo que involucra calcio para la revisión por pares, pero ha escrito sobre la idea en publicaciones de blog en su sitio web y en una red científica sitio para investigadores, y recientemente comenzó a trabajar en un artículo al respecto).

Esa hipótesis contradice una de las ideas ampliamente aceptadas sobre los orígenes de la fotosíntesis: que las especies incapaces de fotosíntesis de repente obtuvieron la capacidad a través de genes pasados ​​lateralmente de otros organismos. Según Cardona, a la luz de los nuevos descubrimientos, la transferencia horizontal de genes y la pérdida de genes pueden haber desempeñado un papel en la diversificación de los centros de reacción, aunque sospecha que este último pudo haber sido responsable de los eventos más antiguos. El hallazgo, dijo, podría sugerir que "la balanza se inclina hacia la hipótesis de pérdida de genes" y hacia la idea de que la fotosíntesis era una característica ancestral que algunos grupos de bacterias perdieron con el tiempo.

No todos están tan seguros. Blankenship, por ejemplo, es escéptico. "No me creo eso", dijo. "No veo ningún dato aquí que sugiera que la fotosíntesis oxigénica ocurrió mucho antes". Para él, el trabajo de Redding, Fromme y sus colaboradores no ha respondido a estas preguntas; solo ha conjeturado sobre lo que pudo haber sucedido. Para resolver ese enigma, los científicos necesitarán las estructuras del centro de reacción de otras bacterias, para que puedan continuar evaluando las diferencias estructurales y las similitudes para refinar las raíces retorcidas de sus árboles evolutivos.

"Creo que es completamente una posibilidad de que lo que (Cardona) está diciendo sea correcto", dijo Gisriel, "pero también creo que el campo debería sentarse con eso por un tiempo, hacer un análisis más y ver si entendemos más acerca de cómo esta estructura trabajos."

Andando por la ruta sintética
Algunos investigadores no están esperando la publicación de la próxima estructura. Este tomó siete años, después de todo. Están persiguiendo la experimentación sintética en su lugar.

Rutherford y sus colegas, por ejemplo, están utilizando una técnica de "evolución inversa": esperan predecir las secuencias de los centros de reacción de enlace faltante, utilizando información estructural como la de Redding para comprender su arquitectura. Luego planean sintetizar esas secuencias ancestrales hipotéticas y probar cómo evolucionan.

Mientras tanto, Redding y su equipo acaban de comenzar a convertir artificialmente el centro de reacción simétrica de las heliobacterias en uno asimétrico, siguiendo los pasos de dos investigadores en Japón, Hirozo Oh-Oka de la Universidad de Osaka y Chihiro Azai de la Universidad Ritsumeikan, que han gastado más de una década haciendo esto en otro tipo de bacteria fotosintética. Los grupos creen que su trabajo aclarará cómo estas adaptaciones habrían ocurrido en la vida real en el pasado distante.

Hace 20 años, Nitschke dejó de trabajar en la evolución de la fotosíntesis y centró su atención en otros problemas. "Parecía tan desesperado", dijo. Pero la investigación realizada por Redding, su equipo y estos otros grupos ha reavivado esas ambiciones. "Como dicen, tu primer amor siempre se queda contigo", dijo Nitschke. "Estoy realmente entusiasmado con esta nueva estructura y tengo el plan de volver a pensar en todo esto otra vez".

Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorial independiente de la Fundación Simons cuya misión es mejorar la comprensión pública de la ciencia al cubrir los desarrollos de investigación y las tendencias en matemáticas y ciencias físicas y de la vida.