I Carnaval de Biología: Una lata de gusanos
Un oscuro grupo de diminutas criaturas toma una posición central en la batalla para descubrir el árbol de la vida.
Desde finales del siglo XX, los zoólogos salen hacia estaciones costeras al amanecer para cribar gusanos del tamaño de granos de pimienta del barro en el fondo marino. Estas criaturas, llamadas acelomorfos, a menudo tienen el aspecto de salpicaduras de pintura poco notables cuando se ven a través de un microscopio. Pero representan una etapa clave en la evolución animal – la transición hace unos 560 millones de años de simples organismos similares a las anémonas al zoológico de criaturas complejas que pueblan nuestro mundo actualmente.
Hay unas 370 especies de acelomorfos, que reciben su nombre de la carencia de celoma – la cavidad corporal rellena de fluido que mantiene los órganos internos en animales más complejos. Los acelomorfos tienen también sólo un orificio tanto para comer como para excretar, de forma similar a los cnidarios — un grupo de animales más viejos evolutivamente que contiene a las medusas y anémonas. Pero al contrario que los más simples cnidarios, que tienen sólo una capa de tejido interno y externo, los acelomorfos tienen una tercera capa intermedia. Ésta es la configuración encontrada en todos los animales, desde escorpiones a calamares o focas, lo que sugiere que los acelomorfos representan una forma intermedia.
Esta hipótesis ha logrado un considerable apoyo en los últimos años, pero un informe publicado esta semana en Nature1 está provocando que los científicos vuelvan a repasar la historia. El estudio, realizado por un equipo internacional de investigadores que usaron nuevos datos y técnicas analíticas, elimina a los gusanos acelomorfos de su posición cerca del tronco de la evolución animal, y en lugar de eso, los coloca más cerca de los vertebrados.
Esta re-ordenación ha disparado protestas entre los biólogos evolutivos, que están alarmados de que puedan haber perdido su ejemplo clave de una etapa intermedia crucial en la fase de evolución animal. Algunos investigadores se quejan de que las pruebas no son lo bastante sólidas para garantizar una re-ordenación tan drástica del árbol evolutivo, y afirman que el informe deja fuera datos clave. En cualquier caso, la vehemencia del debate demuestra cómo de importantes se han hecho estos gusanos en la biología evolutiva.
“Diré, diplomáticamente, que es el artículo más tenso políticamente de los que jamás he escrito”, dice Max Telford, zoólogo del University College de Londres y último autor del artículo.
El debate se centra sobre dónde encajan los acelomorofos dentro del árbol familiar de los bilaterios, animales de tres capas con simetría bilateral. Los biólogos dividen estos animales en dos ramas. El grupo mayor, conocido como protostomas, contiene a los invertebrados como gusanos de tierra, calamares, caracoles e insectos. El grupo menor, conocido como deuterostomas, incluye a los vertebrados e invertebrados, como los erizos de mar, humanos y peces.
Los zoólogos normalmente colocan a los acelomorfos en las primeras ramas de los bilaterios — antes de la división entre protostomas y deuterostomas – debido a que los gusanos carecen de muchas características clave, tales como una boca y ano separadas, un sistema nervioso central y órganos para filtrar los residuos.
Aunque la posición de los acelomorfos se ha movido un poco a lo largo de las décadas, un estudio del ADN en 19992 y varias veces desde entonces los ha colocado de nuevo en su punto original. En particular, un estudio genético de 94 organismos en 2009 zanjó el debate concluyendo que el acelomorfos pertenecían a la misma base de los bilaterios3. Este estudio, liderado por Andreas Hejnol, biólogo del desarrollo en el Centro Internacional Sars para Biología Molecular Marina en Bergen, Noruega, confirmó que los acelomorfos y su tipo ocupaban un punto intermedio ente los cnidarios y los bilaterios más complejos.
“Súbitamente tuve el sentimiento de que todo había quedado en su lugar”, dice el biólogo evolutivo Claus Nielsen, del Museo de Historia Natural de Dinamarca, que ha estudiado los acelomorfos durante 40 años conforme vagaban por el árbol de la vida.
Sacudiendo el árbol
Pero el estudio de Telford y sus colegas1 ha sacudido el árbol de nuevo, y ha colocado a los acelomorfos dentro de la rama deuterostoma, cerca de los equinodernos (que incluye a los erizos de mar) y los enteropneustos. Sus análisis genéticos sugieren que los acelomorfos – y un gusano marino conocido como Xenoturbella — descienden de un ancestro más complejo y que perdió muchas de las características que se ven en otros deuterostomas.
Los investigadores usaron varias aproximaciones y examinaron tres conjuntos de datos independientes para llegar a sus conclusiones. Primero, re-analizaron los datos del estudio de 2009 de Hejnol3, usando 66 especies en lugar de 94. Hervé Philippe, bioinformático de la Universidad de Montreal en Quebec, Canadá, y primer autor del artículo de Nature1, dice que el equipo eliminó las especies que tenían datos genéticos incompletos o que eran de “evolución rápida” – lo que significa que habían acumulado muchos cambios, cuando se comparaba con genes procedentes de grupos animales que surgían alrededor de la misma época.
Los programas de ordenador filogenéticos tienen un problema conocido con este tipo de especies, y tienden a agruparlas incluso aunque no estén relacionadas.
Philippe y sus colaboradores usaron un modelo matemático más sofisticado para analizar la secuencia de evolución, lo que ayudó a minimizar este problema. Sin este modelo y una cuidadosa selección de especies, dice Philippe, los acelomorfos pueden caer a la base del árbol animal.
Tras analizar las secuencias del ADN nuclear, el grupo hizo un árbol evolutivo distinto, basado en genes de mitocondrias. También estudiaron microARNs, que regulan la expresión genética pero no codifican proteínas. De acuerdo con el co-autor Kevin Peterson, paleontólogo del Dartmouth College en Hanover, New Hampshire, los microARNs son particularmente útiles para el estudio de las relaciones evolutivas profundas. El equipo encontró que los acelomorfos tienen un tipo de microARN conocido por ser específico de los deuterostomas, lo que sugiere que están relacionados.
Los autores reconocen que ningún conjunto de datos aislado puede cerrar el caso de colocar a los acelomorfos dentro de los deuterostomas. Pero tomados en conjunto, dice Telford, “el hecho de que nuestras pruebas apunten en la misma dirección me hace pensar que es lo correcto”.
Si los acelomorfos encajan dentro de los deuterostomas, los gusanos deben haber evolucionado de un ancestro con un sistema nervioso central, una cavidad corporal y unos intestinos que conecten ano y boca — características vistas en deuterostomas existentes. Por lo que los investigadores tendrían que explicar cómo los acelomorfos y Xenoturbella perdieron ésas y otras características. También tendrían que buscar otras formas de linaje de aspecto primitivo que represente el paso evolutivo de los animales similares a las medusas a los bilaterios. (Si es que existe alguno. Peterson dice que muchas características complejas pueden haber emergido a la vez).
Algunos investigadores no están listos para abandonar las viejas ideas sobre dónde encajan los acelomorfos.
“Estoy triste por el artículo, pero no disgustado”, dice Hejnol. “Estaría disgustado si su análisis fuese excelente e indicase que hemos perdido un animal representativo que hace de puente en una importante transición en el árbol de la vida”.
Hejnol y sus colegas tienen dudas sobre la fiabilidad del árbol que Telford y su equipo han construido a partir de genes nucleares, que es su principal prueba. Los críticos dicen que las ramas clave del árbol no son tan estadísticamente sólidas como deberían ser.
Debido a esto, Brian O’Meara, filogenetista de la Universidad de Tennessee en Knoxville, dice que el nuevo árbol es “sugerente, pero no definitivo”.
El estudio también ha quedado bajo el fuego por dejar fuera datos que otros científicos dicen que habrían debilitado las conclusiones de los investigadores. Un autor del artículo había analizado anteriormente una especie de gusano relacionada estrechamente con los acelomorfos, conocida como Meara stichopi, y no encontró microARN de deuterostoma. Pero los autores defienden su posición de mantener fuera a M. stichopi debido a que el análisis de su microARN deja dudas sobre la calidad de los datos.
Además, no todo el mundo está convencido de la potencia del análisis de microARN, el cual se ha adoptado sólo recientemente para estudios evolutivos. Este informe remarca que la aparición de mejor rendimiento del método es como herramienta para resolver relaciones. Debido a que los microARNs pueden perderse durante la evolución, es posible que el microARN del deuterostoma en los acelomorfos se originase en el ancestro de todos los animales bilaterios, pero se perdiese luego en la línea protostoma.
Con tanto por debatir, los investigadores están deseando resolver el tema. La Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos ha solicitado propuestas específicamente para abordar profundas divergencias en la historia evolutiva, como parte de una iniciativa llamada Assembling the Tree of Life (Ensamblando el Árbol de la Vida), dice Tim Collins, director del programa en la fundación. “Hemos hecho un buen trabajo dentro de los grupos, pero hemos tenido dificultades para reconstruir las ramas más profundas del árbol de la vida”, comenta. “Estos son eventos que tuvieron lugar en un periodo de tiempo relativamente corto en comparación con el tiempo que ha pasado desde entonces, lo que dificulta las cosas”.
El pasado verano en Kristineberg, Suecia, Hejnol y Telford compartieron una sala mientras daban clase juntos. Debatieron sobre sus diferencias y discutieron un proyecto conjunto en curso que podría zanjar el tema: secuenciar el genoma completo de un acelomorfo, una especie de Xenoturbella y la controvertida M. stichopi. Con ese influjo de nueva información genética, los investigadores confían en que puedan alcanzar un acuerdo sobre dónde colocar a los acelomorfos en la historia evolutiva.
“Estamos hablando de un resultado muy justo con un impacto descomunal”, dice Hejnol, sobre el nuevo árbol propuesto. “Lo bueno es, que ahora sabemos cómo resolver el problema”.
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Arp 147: Un anillo gigante de agujeros negros
Justo a tiempo para el Día de San Valentín llega la imagen de un anillo – no de joyas – sino de agujeros negros. Esta imagen compuesta de Arp 147, un par de galaxias que interactúan entre sí a 430 millones de años luz de la Tierra, muestra rayos-X captados por el Observatorio Chandra de Rayos-X de la NASA (rosa) y datos ópticos del Telescopio Espacial Hubble (rojo, azul y verde)generados por el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland.
Arp 147 contiene el remanente de una galaxia espiral (derecha) que colisionaron con la galaxia elíptica de la izquierda. Esta colisión ha producido una onda en expansión de formación estelar que se muestra como un anillo azul que contiene una abundancia de jóvenes estrellas masivas. Estas estrellas pasan por toda su evolución en pocos millones de años o menos, y explotan como supernovas, dejando tras de sí estrellas de neutrones y agujeros negros.
Una fracción de las estrellas de neutrones y agujeros negros tendrá estrellas compañeras, y puede convertirse en fuentes brillantes de rayos-X conforme arrastran materia de sus compañeras. Las nuevas fuentes de rayos-X dispersadas alrededor del anillo de Arp 147 son tan brillantes que deben ser agujeros negros, con masas de probablemente diez a veinte veces la del Sol.
Una fuente de rayos-X también se detectó en el núcleo de la galaxia roja a la izquierda y puede estar potenciada por un agujero negro supermasivo mal alimentado. Esta fuente no es obvia en la imagen compuesta pero puede verse fácilmente en la imagen de rayos-X. También hay otros objetos visibles no relacionados con Arp 147: una estrella de fondo en la zona inferior izquierda de la imagen y un quásar de fondo como la fuente rosa de arriba y a la izquierda de la galaxia roja.
Las observaciones infrarrojas con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y las observaciones ultravioletas con el Explorador de Evolución Galáctica de la NASA (GALEX) han permitido estimaciones del ritmo de formación estelar en el anillo. Estas estimaciones, combinadas con el uso de modelos de la evolución de estrellas binarias han permitido a los autores concluir que la más intensa formación estelar puede haber terminado hace 15 millones de años, en el marco temporal de la Tierra.
Estos resultados se publicaron en el ejemplar del 1 de octubre de 2010 de la revista The Astrophysical Journal. Los autores fueron Saul Rappaport y Alan Levine del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), David Pooley de Eureka Scientific y Benjamin Steinhorn, también del MIT.
Explicado el truco del péndulo cuántico
Inmerso en un líquido especial ultra-frío, oscila más rápidamente.
Los físicos han explicado otra rareza del mundo cuántico: por qué si haces oscilar un péndulo a través de un fluido cuántico, acelera en lugar de frenar. La culpa es de diminutas “cuasi-partículas” que rebotan por el fluido, según informan unos investigadores finlandeses en un próximo ejemplar de Physical Review Letters.
El efecto es el opuesto al que se experimenta en el mundo normal. Si sumerges el péndulo del reloj de tu abuelo en agua, por ejemplo, se frenará.
Se necesita un tipo de fluido especial para realizar este truco cuántico. Los físicos Timo Virtanen y Erkki Thuneberg de la Universidad de Oulu han estado estudiando átomos de helio-3, que a muy bajas temperaturas forma una sustancia conocida como líquido de Fermi. En tal líquido, los átomos dejan de interactuar entre sí, como hacen normalmente, y empiezan a comportarse de extrañas formas cuánticas.
Los investigadores han estudiado los líquidos de Fermi desde hace décadas, para comprender mejor los fenómenos que se desencadenan a temperaturas bajas, tales como la superconductividad. “Es una teoría muy profunda – una de las cosas más básicas a comprender”, dice Thuneberg.
Por lo que quedó intrigado cuando, a principios de la década de 2000, investigadores de Helsinki informaron de experimentos en los que un péndulo aceleraba cuando se sumergía en una mezcla de líquido de Fermi. Decidió ver si podía descubrir por qué. En una serie de cálculos, Thuneberg y su estudiante Virtanen desarrollaron las matemáticas de cómo interactúa el péndulo con el fluido.
Cuando se enfrían hasta formar un líquido de Fermi, las partículas dejan de interactuar con fuerza entre sí, como hacen a temperaturas altas. En lugar de esto aparecen las cuasi-partículas, que son una combinación de las propias partículas junto a cómo afectan al entorno que las rodea. Como la partícula original, cada casi-partículas porta un espín, carga y momento.
Los investigadores calcularon que las cuasi-partículas rebotan en el líquido como balas, incrementando la fuerza del péndulo. No interactúan, como las partículas comunes, entre sí con bastante fuerza para crear resistencia al movimiento del péndulo a través de ellas. “Por esto es por lo que el comportamiento es diferente”, dice Thuneberg.
Los científicos llaman a este efecto recién hallado “fuerza de Landau” y planean calcular cómo podría funcioanr en otros sistemas, tales como paredes oscilantes.
George Pickett, físico de la Universidad de Lancaster en Inglaterra y miembro del equipo que informó originalmente del efecto, dice que el nuevo estudio es interesante y una demostración directa de la importancia de los líquidos de Fermi.
Fuente Original: Ciencia Kanija
