La Antorcha Verde Agosto de 2013
Volumen 1 NĂşmero 5
Los humanos somos el legado de 15 mil millones de años de evolución cósmica. Tenemos una elección, podemos mejorar la vida y conocer el universo que nos hizo, o podemos desperdiciarlo en una autodestrucción sin sentido” – Carl Sagan
Contenido • • • •
Editorial 3 La desaparición de las abejas: ¿Efecto de nuestra huella en el planeta? 4 De Bits a Qubits: La Computación Cuántica 6 Recomendaciones del mes 8 Why Evolution is True - Jerry A. Coyne Escalas, tamaños y nuestro Universo.
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100 libros y 4540 millones de años de historia
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Carbapenemasas en Ecuador 14 Tucanetes, Tepuyes y los Andes 14 Un caso de pérdida de especies en Yasuní 14 Lagartos y lagartijas: ¿Cómo les afecta la temperatura? 15
• El Parasitismo: Una Interacción Maravillosa 9 • Perspectiva 11 • Sobre el origen de la vida y el ARN 12 • Ciencia en Ecuador 14
• Ciencia en el Mundo 15 Memoria a largo plazo y su persistencia a través de la regeneración de la cabeza en planaria 15 Peces eléctricos: sistemas neuronales,el comportamiento y la evolución 15
• FOTOGRAFÍA| Biodiversidad 17 • FOTOGRAFÍA| Trabajo Científico 19
Foto de Portada: Cabeza de Apis mellifera, la abeja común, en peligro de desaparecer. Imagen de Sam Droege, USGS Bee Inventory and Monitoring. Tomada de foter.
El Quinto Pilar Sociedad de Divulgación Científica
quintopilarec@gmail.com
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Número 5
Editorial Y llegamos al Quinto Número. Es indispensable exclamar una disculpa por esta “larga ausencia”; tras la inolvidable experiencia de la III Cumbre Mundial de Evolución – toda la serie de publicaciones en nuestro blog (http://quintopilar.blogspot.com) – hemos estado trabajando arduamente para traerles nuevos proyectos, parte de ellos están impresos en esta edición. La nueva sección de curiosidades matemáticas “Perspectiva” nos ofrecerá una analogía numérica de nuestra realidad. Nuevos autores se unen a las filas de redacción, este mes, Gloria del Alcázar presenta una reseña sobre la computación cuántica, y Roberto J. Vallejo-Imbaquingo regresa con toda su dedicación a formar parte activa de la revista; comentando en su artículo sobre la desaparición de las abejas y sus consecuencias. Además, a propósito del taller en Yasuní dictado por Jorge y Lucas del Quinto Pilar, este mes sus mejores imágenes harán el lujo de la sección fotográfica de biodiversidad.
El equipo del Quinto Pilar trabajando en las nuevas actividades a realizarse; en nuestro sitio usual de trabajo, el Centro de Arte Contemporáneo. Imagen del archivo de Quinto Pilar
Ampliar nuestra red de contactos y abrir las puertas del trabajo que realizamos son ahora prioridad y se relacionan íntimamente con el ferviente deseo de constituirnos legalmente, una cuestión fundamental para proseguir con proyectos más ambiciosos, sin perder de vista nuestro objetivo primordial: establecer esa cultura de divulgación científica en el país. También presentamos artículos sobre el origen de la vida y la coevolución de parásitos hospederos. Como siempre, Ciencia en Ecuador con lo más relevante de la producción científica del país y Ciencia en el Mundo con una muestra del sinnúmero de descubrimientos que se realizan día a día. Para celebrar los 5 años de trabajo tenemos otras sorpresas, estamos organizando un campamento astronómico y una conferencia a propósito de la Semana Mundial del Espacio (http://goo.gl/ eUFDkX), uno de los primeros eventos que organizamos oficialmente como Quinto Pilar. Todo este desempeño se acompaña de una cuestión; a partir de este número la revista será publicada bimensualmente. Más tiempo otorga varias ventajas, aseguraremos un material de mejor calidad y podremos apreciar a cabalidad cada detalle de la revista; así que queridos lectores, ¡A disfrutarla! Daniel A. Romero-Álvarez Editor General
Cruzando el canal de Itabaca en Baltra, Galápagos, de regreso al continente dejando atraz la Tercera Cummbre Mundial de Evolución. Imagen del archivo de Quinto Pilar
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La Antorcha Verde En Estados Unidos, se han registrado muertes masivas en las colonias produciendo una disminución de alrededor del 30% de las abejas. Este fenómeno fue llamado el Trastorno del Colapso de Colonias (CCD por sus siglas en inglés) por la forma grave e inusual en la que se ha producido el problema pues todavía se desconocen todas sus causas. Es posible que el promotor de la muerte masiva en realidad sea la combinación de varios factores: el ataque de parásitos como Nosema ceranae, el ácaro Varroa destructor (que también diseminan virus entre las colonias); el uso de pesticidas en cultivos que matan o afectan el sistema inmunológico de las abejas; desnutrición por néctar bajo en nutrientes, cambio climático, uso de tierras, etc.
La desaparición de las abejas: ¿Efecto de nuestra huella en el planeta? Roberto Vallejo I. Las abejas proporcionan beneficios que han sido aprovechados por el ser humano: su miel; la cera que es utilizada para elaborar velas y como materia prima para productos cosméticos; la jalea real, el polen y el propóleo que son utilizados como alimento. Estos no son los únicos ni los más importantes favores apícolas, el negocio además contempla: la venta de abejas reinas y el transporte de colonias a lugares donde se necesita ayuda para polinizar cultivos. La polinización es la transferencia de polen desde la antera (órgano masculino de la flor) al estigma (parte femenina de la flor) para que la planta pueda formar la semilla. Algunas plantas pueden polinizarse a sí mismas, dentro de la misma flor o entre flores de la misma planta; otras necesitan transportar su polen a plantas de su misma especie, esto se llama polinización cruzada; finalmente, otras pueden polinizarse de ambas formas. Las plantas son polinizadas por acción del viento y por animales como aves, insectos e inclusive por el ser humano.
Apicultores migratorios en Estados Unidos cargando un camión con colmenas de abejas para transportarlas desde Carolina del Sur hasta Maine para polinizar arándanos. Imagen de Pollinator tomada de Wikimedia Commons
Para la utilización de las materias primas fabricadas a partir de los productos apícolas se requiere un proceso de extracción de las colmenas. Industrialmente este proceso es rápido, implica menores costos unitarios y permite procesar 10 veces más panales que haciéndolo artesanalmente. Sin embargo, este proceso puede provocar la mortalidad de hasta el 30% de las abejas, contrario a la práctica artesanal que normalmente causa la mortalidad en un 5%.
Debido a la disminución en la población de abejas, muchos apiarios en Estados Unidos utilizan agua azucarada mezclada con antibióticos para alimentarlas y mejorar su resistencia a enfermedades. Esta es una solución pensada a corto plazo y podría provocar un problema mayor si los patógenos generan resistencia. En varios países existen empresas que ofrecen servicio de polinización por abejas, esto comprende el transporte de colonias en camiones que atraviesan largas distancias. Los traslados constantes provocan un alto índice de muertes y favorecen la transmisión de parásitos. ¿Cuál es el impacto de la disminución de la población de abejas? El 80% de las plantas florales son polinizadas por insectos, se estima que alrededor de un tercio de los alimentos derivados de plantas que consumimos dependen directa o indirectamente de la polinización de las abejas. Al disminuir su
Abeja con ácaro Varroa destructor. Imagen de tpsdave tomada de pixabay
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población, se dificultaría la obtención de varios cultivos como la alfalfa, la manzana, el algodón, etc, En China, debido a un sobreuso de pesticidas, por lo que su disponibilidad y precios aumentarían, existen zonas en las cuales ya no se encuentran así como también el de sus derivados. abejas, por lo que la polinización de los cultivos se realiza artificialmente colocando manualmente Al momento, vivimos 7000 millones de personas el polen en las flores. El costo de esta práctica es en el planeta; para el año 2045 se proyecta un mayor al proceso realizado por las abejas. El costo crecimiento poblacional que alcanzaría el estimado de polinización de las abejas en Estados Unidos está de 9000 millones. En este contexto el riesgo de estimado entre 15000 y 20000 millones de dólares un desabastecimiento de alimentos representa un anuales. El valor de la polinización en Europa problema grave. Occidental se estima que es de 30 a 50 veces mayor al valor de la miel y cera de abeja producidos en esa región. Cuando niño jugaba en los jardines de la escuela y tenía miedo a las abejas, esto me obligaba a alejarme para evitar una picadura dolorosa pues era común cruzarse con alguna de ellas. Últimamente, estos encuentros han sido menos frecuentes y ahora temo dejar de verlas. Probablemente las abejas no desaparecerán, pero su disminución seguramente provocará un cambio drástico en la disponibilidad y precio de los alimentos y en el equilibrio del ecosistema. Abeja recolectando polen en su cuerpo. Imagen de Jon Sullivan tomada de Public-domain-image.com
¿Te gusta la fotografía? ¿Quieres compartir imágenes de tu trabajo? El Quinto Pilar, por medio de su boletín mensual “La Antorcha Verde”, inaugura dos segmentos fotográficos: TRABAJO CIENTÍFICO y BIODIVERSIDAD. Envía tus mejores fotos de cada categoría al correo fotoantorchaverde@gmail.com y comparte tus experiencias científicas y las maravillas naturales que te rodean. No olvides adjuntar una breve descripción de cada imagen, explicando tu trabajo o exponiendo datos curiosos. El consejo editorial publicará mensualmente las mejores fotografías que guarden una completa relación con el texto, de tal manera que juntos formen una historia perfecta.
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La Antorcha Verde El Surgir de una Idea Revolucionaria En 1981 Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación.
De Bits a Qubits: La Computación Cuántica Gloria Del Alcázar Herrera
En la computación tradicional, un bit es la mínima unidad de información, mientras que en Actualmente el uso de la computadora ha pasado de la computación cuántica se pretende utilizar el ser un lujo a una necesidad, ésta ha hecho que su principio básico de la mecánica cuántica que postula tecnología mejore día a día, pues es una herramienta que todas las partículas subatómicas (protones, importante dentro de las diferentes ciencias. neutrones, electrones, etc.) tienen una propiedad llamada spin. Esta propiedad se asocia con el movimiento de rotación de la partícula alrededor de un eje, la misma que puede realizarse en un sentido o en el opuesto. Si por ejemplo tomamos como bit al spin de un protón, podemos usar una dirección como 1 y otra como 0. Estos bits, han recibido el nombre de qubits o bits cuánticos. En mecánica cuántica, el estado de una partícula se determina a través de la asignación de una probabilidad, no podemos hablar de un estado 0 ó 1 claramente. Esta es la ventaja, la lógica de un bit es 0 ó 1, mientras que un qubit describe la de ambos a la vez, es decir, si tomamos por ejemplo dos bits, sus estados posibles son cuatro: 0-0, 0-1, 1-0, 1-1. Son necesarios cuatro pares de bits para representar la misma información que un solo par de qubits con comportamiento ambiguo.
En abril de este año la empresa D-Wave Systems lanzó al mercado oficialmentaela D-wave two, un computador cuantico 500000 veces superior a su antecesor D-Wave One lanzado el año pasado. Imagen tomada de dwavesys. com
En este contexto, la capacidad de integrar información en espacios más pequeños se ha tornado más eficiente, fabricando micro y nano chips. La tecnología actual se ha concentrado en mantener dos conceptos: la eficacia del objeto y la eficiencia del mismo. Sin embargo, existe un límite de resolución cuando se llega a una escala muy pequeña como sucede con los nano chips. La información no puede atravesar el campo magnético y rebota, lo cual sucede porque los electrones y su señal, muchas veces pasan por canales donde no deberían circular. Por esta razón, el chip deja de funcionar correctamente; lo conoce como el "efecto túnel". Como consecuencia, se ha propuesto que la computación digital tradicional pronto llegaría a su límite y daría paso a la computación cuántica
La dirección del spin es la propiedad utilizada para la encriptación a computadoras. Tomada de: Epistemowikia.
Explorando el eje z En la computación cuántica la partícula puede estar en superposición coherente, lo que quiere decir que puede ser 0, 1 y 0 y 1 a la vez, dos estados de una partícula subatómica, esto permite que puedan realizarce varias operaciones a la vez, según el número de qubits. Un qubit, puede describirse como una unidad vectorial que se encuentra en dos estados 6
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0 y 1 (correspondiente a un bit clásico) o bien puede encontrarse en la combinación de ambos denotando matemáticamente como alfa0+beta1, dentro de lo que una computadora puede entender como: si (1), no (0) ó tal vez (0 y 1).
construir cualquier programa cuántico.
Mientras un bit establece su rango de codificación de información en los ejes (x, y) un qubit lo establece en los ejes (x, y, z) haciendo que la resolución de problemas se torne mucho más rápida, ya que tener la capacidad “barrido” en otro eje (z) permite que la información almacenada y proyectada sea mayor.
Además, aunque mediante superposiciones apropiadas entre bits es posible manejar un número exponencial de estados, eso no supone que la información esté disponible. Para acceder a ella se debe medir sobre el estado colapsándolo, por lo que la información se pierde casi en su totalidad.
Los qubits pueden representar en este caso cuatro números y cuatro respuestas posibles a la vez, lo que se denomina "procesamiento paralelo real". Sus aplicaciones principales entran en el campo de la criptografía, es decir el análisis de gigantescos volúmenes de información.
Entre los mayores problemas que existe a la hora de construir un computador cuántico está la decoherencia, en donde los errores provienen de la inexorable interacción del ordenador con su entorno.
A pesar del esfuerzo que se ha dedicado a la obtención de algoritmos que aprovechen este comportamiento, su número es reducido.
También se pensó que no podían existir métodos para el control de estos errores. Se ha mostrado que es posible contenerlos mediante códigos correctores que los detectan y corrigen usando sofisticadas técnicas cuánticas. Otro de los problemas es el incremento de qubits necesarios para cualquier cálculo que implica la corrección de errores. Es esencial un diseño capaz de manejar un número alto de qubits para resolver problemas computacionalmente interesantes. La idea de la computación cuántica ha suscitado mucha imaginación ya que su nombre sugiere algo realmente potente y extraño, pero la realidad es que no va a reemplazar a la computación clásica de la misma forma que la física cuántica no ha reemplazado a la física clásica. Se trata simplemente de una nueva herramienta de computación que puede llevar a cabo algunas tareas con mucha más eficiencia que las técnicas actuales.
Esquema de las tres regiones de espacio representadas por los ejes x, y, z Imagen de Smite Maister. Tomada de: Wikimedia Commons.
Sin embargo, la diferencia más importante entre un qubit y un bit clásico no es la naturaleza continua de este estado (que se puede replicar con cualquier cantidad análoga), sino que múltiples qubits pueden experimentar un entrelazamiento o enredo cuántico. El enredo es una interacción no local que permite a un conjunto de qubits expresar superposiciones de diferentes cadenas binarias, como por ejemplo: El principal obstáculo a resolver en estos momentos 01010 y 11111 simultáneamente. es el diseño de los dispositivos experimentales adecuados, y es común pensar que podemos Problemas en el paraíso cuántico necesitar toda una generación en desarrollar la tecnología necesaria para una computación cuántica Se puede demostrar que el conjunto de puertas a gran escala. cuánticas que afectan a un sólo qubit y las puertas que afectan a dos qubits "llamadas control-not" forman un conjunto universal con las que se puede
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La Antorcha Verde
Recomendaciones del mes
Unas cuantas sugerencias con respecto a libros, artículos, documentales entre otros temas que consideramos interesantes y nos complace compartirlos. Reseñas por Jorge A. Castillo-Castro
Why Evolution is True - Jerry A. Coyne ¿Qué hace de la evolución un hecho? esta es la pregunta que mantiene a millones de personas al margen de creer o no en la evolución La evolución en sí explica la forma en la que los acontecimientos se dieron a lo largo de la historia de la Tierra para que las especies sean lo que son ahora y cómo éstas siguen cambiando en nuestros días. En este libro se reúne una gran cantidad de evidencia que ratifica este proceso como el gestor que lleva el cambio gradual de una especie a otra; a diferencia de otras teorías como el diseño inteligente. ¿Por qué los humanos aún tenemos apéndice?, ¿En qué parte del desarrollo todos los vertebrados nos parecemos?, ¿Cómo la dinámica de las placas tectónicas es responsable de la evolución? Estas y otras preguntas son contestadas en un libro que los llevará desde el origen de la vida, pasando por Darwin y sus viajes, hasta los últimos descubrimientos alrededor de la evolución del hombre.
Escalas, tamaños y nuestro Universo.
la inexorable inmensidad del Universo. La pueden encontrar en el siguiente enlace “nikon.com/about/ ¿Cuán vasto es nuestro universo? ¿Qué tan pequeño feelnikon/universcale/”. puede ser un objeto?, ¿Cómo podemos darnos cuenta del la magnitud real de las cosas? Desde los quarks hasta el Universo, ¿Cuál es la verdadera diferencia en tamaño? Con la ayuda de microscopios y telescopios hemos sido capaces de apreciar objetos sumamente pequeños o extremadamente grandes y distantes; incluso con estos instrumentos comparar la magnitud de los objetos resulta dificil. A través del lente ocular de un microscopio, podemos apreciar una ameba de 20 µm de tamaño; mientras que con un telescopio, vemos del mismo tamaño a Júpiter. Es así que consideramos importante comprender y tener en cuenta la verdadera escala de los objetos.
Una previsualización de la interfaz de Universcale en donde se compara, entre otros, el tamaño de las Cascadas del Angel, en Venezuela con Ayers Rocks, en australia, y varias edificaciones.
Universcale es una aplicación desarrollada por Nikon que pone en relación el tamaño de los objetos desde la partícula fundamental más pequeña hasta 8
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El Parasitismo: Maravillosa
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Una
El parasitismo causa al hospedero una desventaja que reduce su capacidad de sobrevivir y reproducirse. La mayoría de veces, produce un desorden en las funciones internas normales del hospedero, que se manifiesta con dolor, cambios en su comportamiento, disfunción, inhabilidad, entre otros. Aquellos hospederos que logran sobreponerse a estos perjuicios y consiguen reproducirse, desarrollarán ciertas características biológicas a través de las siguientes generaciones. Por su parte, el parásito se beneficia de esta interacción explotando al hospedero recursos necesarios para su supervivencia y su éxito reproductivo; éstos generalmente suelen ser alimento, refugio, agua, y medios de propagación.
Interacción
Leonardo D. Ortega López
Muchas especies de nuestro planeta se relacionan entre sí de manera directa, pues su supervivencia depende de la interacción física y química que ocurre entre ellas. Estas relaciones incluyen la depredación, donde un organismo se alimenta de otro; el mutualismo, donde ambas especies se benefician recíprocamente; el comensalismo, cuando un organismo recibe beneficio de otro sin causar a Esta interacción perfectamente sincronizada es éste ventaja o desventaja alguna; y el parasitismo. producto de la coevolución entre las especies Cuando escuchamos la palabra “parásito”, involucradas. En este proceso, a través de millones usualmente la relacionamos con enfermedades de años y de miles de generaciones, dos especies se o con “organismos que se aprovechan de otros llegan a adaptar mutuamente, y de acuerdo al nivel causándole un mal”. En realidad, esta idea no está de adaptación, crean cierto grado de dependencia. demasiado alejada de la realidad. Un parásito es Es así que algunos parásitos sin su hospedero no un organismo que se beneficia a expensas de otro pueden sobrevivir. En el otro extremo, algunos organismo: su hospedero. El parasitismo es una parásitos son poco específicos con su hospedero, y condición normal que ocurre entre miles de especies en ausencia de uno, fácilmente pueden usar a otro. en la naturaleza. Los parásitos suelen ser mucho Muchos parásitos sobreviven a expensas de varios más pequeños que sus hospederos, se reproducen a hospederos. una mayor velocidad, y tienen funciones altamente especializadas. Es importante mencionar que existen varios tipos de interacciones entre especies que por falta de conocimiento es difícil clasificar como “parasitismo”. Muchos parásitos son capaces de infectar a una gran variedad de hospederos, algunos solo pueden infectar a unos pocos o incluso a una sola especie. Cuando esto ocurre, lo más probable es que sea resultado de una alta coevolución entre ambas especies; es decir, por millones de años, los involucrados se adaptaron mutuamente de forma estrecha. La evolución es el proceso en el cual aquellos individuos de una misma especie que logran adaptarse al medio y sobrevivir a las adversidades, tendrán un mejor éxito reproductivo (sus hijos lograrán sobrevivir) y pasarán sus genes a las futuras generaciones. Así, a través de los años, se desarrollan especies diferentes a las iniciales. Las características particulares que han permitido este proceso se conocen como adaptaciones evolutivas.
Oruga parasitada por larvas de avispa. Imagen de Leonardo D. Ortega López
Este fenómeno es fascinante y sorprendente en el mundo natural. Durante el proceso de parasitismo, el hospedero puede permanecer vivo mientras el parásito aprovecha sus recursos, sin embargo, muchas veces su vida acaba en una trágica y dolorosa muerte, lo que desfavorece al parásito pues no puede aprovechar los recursos de un cadáver. Por este motivo, han evolucionado para desprenderse 9
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La Antorcha Verde infectados con T. gondii tienen una atracción fuerte hacia la orina del gato, lo cual les hace acercarse a ellos y aumentar las probabilidades de ser su presa. Una vez ingerido por los gatos el parásito se asegura de completar su ciclo de vida.
de su víctima una vez muerta, y buscar un nuevo hospedero para continuar su ciclo de vida.
Los hospederos también han desarrollado un sinnúmero de mecanismos de defensa contra la invasión parasitaria, tanto para detener la entrada inicial del parásito, como para destruirlo desde adentro, y finalmente para superar los síntomas desventajosos causados por la infección. Estos mecanismos han sido producto de la adaptación evolutiva precisamente a las distintas presiones negativas que los parásitos han ejercido sobre los hospederos a lo largo de la historia. Plaga de orugas alimentándose de un árbol de capulí (Prunus serotina subsp. capuli). Imagen de Leonardo D. Ortega López
A pesar de las enfermedades y problemas que pueden causar los parásitos, la interacción evolutiva que existe con sus hospederos es asombrosa, compleja y poco estudiada. Seguramente si el ser humano pudiera entender más sobre la complejidad de esta interacción, podría encontrar formas precisas para evitar los problemas causados sobre nuestra especie. Por primera vez, los invito a maravillarse de los parásitos, de sus interacciones con otras especies y de todo lo que nos queda por descubrir de la misteriosa e intrigante naturaleza.
Otra estrategia implementada por algunos parásitos es usar a distintos hospederos para cada etapa de su vida. Algunas especies de avispas, por ejemplo, usan a escarabajos, moscas, o arañas. Uno de sus más notables hospederos son las orugas, mismas que son el estado larvario de mariposas y polillas. En términos generales, las avispas introducen sus huevos dentro de la oruga; cuando éstos eclosionan, las larvas recién nacidas se alimentan de ella y cambian su comportamiento, incluso llegándola a matar. Esta propiedad ha sido usada por los seres humanos como forma de control biológico para plagas de orugas en diversos tipos de cultivos. Es interesante cómo muchos parásitos han logrado desarrollar métodos para cambiar el comportamiento de sus hospederos, lo cual les ha permitido aumentar su éxito reproductivo. La toxoplasmosis es una enfermedad característica de gatos y ratones. El parásito Toxoplasma gondii causante de esta enfermedad cumple su reproducción sexual durante la infección en su hospedero definitivo: el gato. Como resultado de ésta, se producen los parásitos “bebés” llamados oocystos. El gato los excreta en sus heces fecales, las cuales son luego adquiridas por un hospedero intermedio (humanos, ratones, etc.) para luego ser nuevamente transmitidas al hospedero definitivo.
El gato, Felis silvestris subsp. catus, es el hospedero definitivo del Toxoplasma, parásito causante de la toxoplasmosis. Imagen de Leonardo D. Ortega López
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Cuando el ratón se infecta del parásito, cambia su propio comportamiento. Naturalmente, los ratones tienen una aversión pronunciada a los olores de la orina del gato, la cual les hace alejarse de ellos y evitar ser comidos. Sin embargo, cuando están 10
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Número 5
En esta sección con el uso de la matemática presentamos metáforas que permiten observar desde otro ángulo los hechos de nuestra realidad
100 libros y 4540 millones de años de historia
La vida primitiva aparecería más o menos en el tomo 17. Los primeros organismos pluricelulares Carlos Ortega López distinguibles de colonias celulares con células especializadas estarían emergiendo alrededor del Tratemos de visualizar una colección de cien tomo 78. Los primeros dinosaurios hicieran su libros donde se ha ‘escrito’ la historia de la Tierra. aparición a fines del tomo 95 y la casi totalidad de Supongamos que dicha historia está escrita de ellos se extinguiría a mediados del tomo 99. tal manera que iguales intervalos de tiempo corresponden siempre a un mismo número de Nuestros primeros antecesores directos estarían líneas de texto. Si cada libro tuviera mil páginas y emergiendo a fines del tomo 100, en la página 948; cada página tuviera cien líneas de texto, cada una de la ‘versión’ actual de seres humanos aparecería estas líneas cubriría aproximadamente 454 años de cerca del final de la página 996; la escritura sería inventada en la última página, sólo 11 líneas antes historia. del final del último libro, y todo el período desde En esta historia del planeta, la formación de la Luna el descubrimiento de América hasta nuestros días ocurriría probablemente en un evento cataclísmico equivaldría aproximadamente a la última línea, de la en la primera mitad del primer tomo, antes de que la última página, del último tomo. corteza de la Tierra termine de solidificarse.
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La Antorcha Verde la Tierra primigenia en el tiempo de su formación hace 4500 millones de años. Usando corrientes eléctricas de 60000 voltios formaron aminoácidos y comprobaron la hipótesis de un caldo primitivo que dio lugar a los compuestos orgánicos, misma que había sido propuesta por Alexander Oparin en la segunda década del siglo XX. Pero tal como explica Carl Sagan durante un episodio de la serie “Cosmos”, nunca salió una ameba deslizándose del frasco.
Sobre el origen de la vida y el ARN Daniel A. Romero-Álvarez ¿Qué es la vida? ¿Cómo se originó? Estas preguntas han sido respondidas desde varias perspectivas, la más antigua, la creencia de una fuerza vital otorgada por un ser superior, aún prevalece y sus trompetas hacen gloria cuando escuchamos la seriedad académica con la que se trata el creacionismo y el diseño inteligente. Un ser supremo obsequiando la vida a su creación es la respuesta fácil; y es imposible experimentar con esta aseveración. Pero la vida es tangible, la observamos en lugares comunes día a día, y bajo condiciones extremas, en las chimeneas de las profundidades oceánicas.
Stanley Miller con el equipo que le permitió realizar su famoso experimento. Imagen de Jim Sugar/Corbis
Un año después, James Watson y Francis Crick, gracias a la aplicación de los descubrimientos de Rossalin Fnaklin y Maurice Wilkins, propusieron el modelo de la doble hélice del ADN. Tiempo atrás, ya se había predicho que una molécula del núcleo celular sería la encargada de mantener la información hereditaria, así que rápidamente el ADN se convirtió en el eje de la biología. Para consolidar esta posición, en 1957 Crick propuso el “Dogma Central de la Biología Molecular” bajo el cual el ADN, contenedor de las instrucciones que constituyen un organismo – los genes –, se expresa para formar proteínas que realizan diversas tareas para el desarrollo de los seres vivos.
Las chimeneas oceánicas se producen por estar cerca de flujos de lava, las temperaturas aquí llegan a los 400°C. Sólo pocos organismos logran desarrollarse en estas condiciones. Imagen de dominio público tomada de Wikimedia Commons.
Durante mucho tiempo, hemos diseccionado la vida para entenderla. Si tomamos una porción de una planta, de un hongo o de un animal y nos adentramos en sus componentes llegamos hasta las células, la “unidad de la vida”, el componente esencial de todo organismo. Más allá observamos sus componentes: membrana, citoplasma, organelas, núcleo. En todos los niveles celulares encontramos máquinas efectoras denominadas “proteínas”, estas moléculas están compuestas de aminoácidos y éstos a su vez de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, átomos fundamentales para la vida – el acrónimo CHON – elementos que fueron forjados en el corazón de las estrellas moribundas del Universo. En 1952, Stanley Miller y Harold Clayton Urey sometieron a algunos de estos compuestos químicos a una serie de factores que emulaban el estado de
ADN, ARN y proteínas, el eje del Dogma Central de la Biología molecular. Imagen de dominio público tomada de Wikimedia Commons
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Volumen 1
Número 5
El ADN es un ácido nucleico, una molécula con estructura complicada que para ser ensamblada necesita de la intervención de proteínas; pero las proteínas son formadas gracias a los genes contenidos en el ADN, este tiene que comandar su formación en primer lugar. Un claro caso de ¿Qué fue primero, el huevo o la gallina? ¿El ADN o las proteínas?
4500 millones de años como producto de la explosión de una supernova y la condensación de los restos estelares que quedaron tras la formación del sol; si el mundo ARN existió, tuvo 700 millones de años para transformarse de molécula a bacteria, un instante pequeñísimo en la historia natural del planeta. En abril de este año, los autores Alexei A. Sharov y Richard Gordon publicaron un artículo sobre este problema utilizando la Ley de Moore. Esta ley muestra la existencia de un patrón detrás del progreso de la complejidad y fue aplicada al desarrollo de los organismos biológicos. A pesar de ser un ejercicio teórico, sus conclusiones apoyan un panorama en el que las primeras moléculas capaces de dar lugar a la vida se originaron hace 8000 millones de años, más cerca del origen del Universo que de nuestro Sistema Solar.
Para completar este proceso, es necesaria la participación de otra molécula, otro ácido nucleico: el ARN. Éste, también es capaz de guardar genes como el ADN, pero es frágil e inestable. Francis Crick y Leslie Olger propusieron en 1960 la posibilidad de que esta molécula fuese capaz de cumplir al mismo tiempo las funciones del ADN y las proteínas. Veinte años más tarde, fue descubierto un ARN que era capaz de realizar funciones de proteína cortando porciones de ADN. Con todos estos antecedentes, Walter Gilbert publicó en 1986 en la revista Nature la hipótesis que se conoce actualmente como El Mundo ARN, en el cual esta molécula dominaba todos los procesos de interacción química, y paulatinamente dio lugar a las moléculas especializadas que conocemos hoy en día. En 1989, Thomas Cech y Sidney Altman recibieron el premio Nobel por descubrir estos ARN que hoy llevan por nombre “enzimas ribonucleicas” o ribozimas.
La hipótesis de la "panspermia" sugiere que la vida llegó a nuestro planeta en Cometas y Asteroides. En esta fotografía se muestra el cometa PANSTARRS que surcó los cielos en abril de 2012. Imagen de Carlos A. Rodríguez-Saltos
Esta propuesta recuerda la hipótesis conocida como “panspermia”, en la cual la vida fue traída al planeta desde el espacio por un asteroide o un cometa. Incluso si esta hipótesis fuese cierta y la vida de la Tierra fuese sembrada gracias a esta cosecha espacial, la cuestión primordial continúa sin respuesta, ¿Cómo se formó la vida en primer lugar? Con el tiempo, todos los aparentes paradigmas de lo que nos rodea han ido cayendo, en la época del experimento de Miller y Urey, aún se consideraba a nuestro Sistema Solar como una excepción en el Universo. El desarrollo tecnológico ha permitido descubrir hasta el momento cientos de exoplanetas que orbitan otras estrellas, algunos de los cuáles podrían ser huéspedes de la vida. Si bien todavía carecemos de respuesta, como siempre, el paso firme de nuestra curiosidad con la ciencia como herramienta nos motivará a encontrar el origen de este aparentemente mágico fenómeno.
La ribozima “cabeza de martillo” lleva su nombre por su semejanza con los tiburones homónimos, tiene la habilidad de dividirse por su cuenta. Imagen de Wgscott tomada de Wikimedia Commons
Conforme pasó el tiempo, la hipótesis del mundo ARN se generalizó y el descubrimiento de otras ribozimas, incluso más complejas, aumentó la evidencia a favor de esta teoría. Pero apareció un problema, el fósil biológico más antiguo que tenemos es un cúmulo de residuos que fueron encontrados en rocas que datan de hace 3800 millones de años, estos productos solo pudieron ser producidos por bacterias. La Tierra se formó hace aproximadamente 13
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La Antorcha Verde
Ciencia en Ecuador
Un resúmen de los últimos avances en ciencia ecuatoriana El reporte de Julio publicado por la Dra Jeanneate Zurita y su equipo en el Journal of Global Antibiotic Carbapenemasas en Ecuador Daniel A. Romero-Álvarez Resistance indica además la presencia de otros genes de resistencia como el blaCTX y el blaTEM. También La resistencia bacteriana a los antibióticos (http:// comenta que este tipo de genes aparecen por goo.gl/TW0ItA) es un problema mundial. Estos transferencia de plásmidos (http://goo.gl/aYDuy9) organismos han encontrado una forma de destruir una situación peligrosa pues fácilmente podrían las armas que usamos en su contra. Cuando un ser distribuidos en otras poblaciones bacterianas paciente tiene una infección grave provocada por diferentes a Klebsiella. En esencia, esta batalla es bacterias gram negativas, usamos nuestro arsenal aguerrida y difícil de ganar, y nuestras defensas se más poderoso, los “carbapenémicos”. En Octubre agotan. de 2010, en Azogues, fue aislada por primera vez Zurita, J., Alcocer, I., Ortega-Paredes, D., Barba, P., Yauri, F., Iñiguez, D., & en el país una Klebsiella penumoniae productora Mora, M. (2013). Carbapenem-hydrolysing β-lactamase KPC-2 in Klebsiella de este tipo de enzimas. Hasta el 2012, se han pneumoniae isolated in Ecuadorian hospitals. Journal of Global Antimicrobial Resistance. reportado 22 de estas bacterias; en todas se ha detectado la presencia del gen responsable: blaKPC-2. Usando genes mitoncondriales del citocromo y nucleares se generó una filogenia en donde se Tucanetes, Tepuyes y los Andes estableció las relaciones evolutivas de las distintas Jorge A. Castillo-Castro especies de este género. El grupo que habita en los Andes del norte (Ecuador y Colombia) resulta Los Tepuyes en la parte noreste del continente ser el más ancestral; temporalmente hablando son conocidos por su antigüedad y por su variada esta diversificación comenzó entre el mioceno y el pleistoceno hace unos 9,2 millones de años. biodiversidad para la región. ¿Dónde se originó?. Los Tucanetes del género Aulacorhynchus representan un grupo modelo gracias a su amplia Esta información concuerda con datos de especiación distribución fragmentada que va desde Bolivia de otras aves como tanagras y pinchaflores lo que en el sur, hasta Venezuela y México en el norte, lo apoya la hipótesis de que algunas especies llegaron a cual permite inferir como ocurrió el proceso de los tepuyes desde los andes del norte. especiación de este conjunto de especies. Bonaccorso, E., & Guayasamin, J. M. (2013). On the Origin of Pantepui montane biotas: A Perspective Based on the Phylogeny of Aulacorhynchus toucanets. PloS one, 8(6), e67321.
Un caso de pérdida de especies en Yasuní
en un 80%. Sin embargo, en las vías de acceso restringido, se detectó también una reducción del número de especies aparentemente relacionada con las nuevas prácticas de cazadores Huaorani. La industria petrolera provee ciertas facilidades a las comunidades locales como acceso a las vías, nuevas tecnologías e incentivos económicos, así se altera su dinámica social perjudicando a la flora y fauna del lugar.
Leonardo D. Ortega López
En junio de 2013, Esteban Suárez, investigador de la Universidad San Francisco de Quito, junto a cuatro investigadores ecuatorianos y uno extranjero, lideró un estudio sobre el efecto del acceso a las vías de las petroleras y la biodiversidad de mamíferos y aves en la Reserva de Biósfera Yasuní. Los resultados de esta investigación muestran que el acceso libre a dichas vías incita a los colonos a deforestar y fragmentar el bosque, lo cual reduce la densidad de fauna silvestre
Suárez, E., Zapata‐Ríos, G., Utreras, V., Strindberg, S., & Vargas, J. (2012). Controlling access to oil roads protects forest cover, but not wildlife communities: a case study from the rainforest of Yasuní Biosphere Reserve (Ecuador). Animal Conservation.
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Volumen 1
Número 5
Lagartos y lagartijas: ¿Cómo les afecta la temperatura?
Sin embargo, encontró una correlación de ambos factores con la hora de actividad (diurnos/ nocturnos), insularidad (isleños/continentales) y filogenia (factores evolutivos de la especie). Éstos se relacionaron con ciertas características como tamaño corporal de los individuos, producción de biomasa y longevidad, entre otros. Finalmente, se resalta la relevancia del cambio climático como un posible gran influyente en la ecología y evolución de lagartos y lagartijas a nivel mundial.
Leonardo D. Ortega López
Omar Torres, investigador de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador, junto a catorce científicos internacionales, participó en un estudio acerca de la influencia de los cambios en la temperatura ambiental global sobre la fisiología, ecología y evolución de 861 especies de lagartos y lagartijas. El estudio no encontró una correlación entre los cambios en la temperatura ambiental global con la temperatura corporal de las especies.
Torres-Carvajal, Omar; Mafla-Endara, Paola. Evolutionary history of Andean Pholidobolus and Macropholidus (Squamata: Gymnophthalmidae) lizards. Molecular phylogenetics and evolution, 2013.
Ciencia en el Mundo
Un resúmen de los últimos avances de la ciencia en todo el mundo
Memoria a largo plazo y su persistencia a través de la regeneración de la cabeza en planaria
El experimento se basó en entrenar a los gusanos (planarias), colocando la comida en una caja Petri ubicada en un espacio iluminado y abierto, después de 10 días, sus pequeños cerebros aprendieron Gloria Del Alcázar Herrera a ignorar la luz. Luego de ser decapitados y, una vez regenerados sus cuerpos, recordaban ignorar Los biólogos de la Universidad de Tufts cortaron la la luz luego de haber recibido una sola lección de cabeza de varias planarias y vieron la regeneración entrenamiento. Este resultado parece confirmar la de sus cabezas, sus cerebros, y sus recuerdos antes teoría de que los datos son almacenados de alguna de haber sido decapitados. La regeneración se debe forma por las células que están fuera del cerebro, a un gran número de células madre que constituyen una “memoria celular”. alrededor del 20% del gusano. A estos gusanos no les Shomrat, T., & Levin, M. (2013). An automated training paradigm reveals long-term memory in planaria and its persistence through head regeneraagradan los espacios abiertos o las luces brillantes. tion. The Journal of experimental biology.
Peces eléctricos: sistemas neuronales, el comportamiento y la evolución
constituye una ventaja frente a otros animales. Los peces eléctricos pertenecen a dos grandes grupos: los Gymnotiformes y los Mormyriforms, que evolucionaron independientemente la capacidad de producir campos eléctricos y perturbaciones sensoriales. La diversidad y la historia filogenética de estos animales los hacen muy adecuados para enfoques comparativos en el contexto de evolución y neuroecología. The Journal of Experimental Biology ha publicado un número especial con artículos de revisión, editados por Rudiger Krahe y Eric Fortune, que representan un compendio actualizado de la ciencia de los peces eléctricos.
Gloria Del Alcázar Herrera
Los peces eléctricos son sistemas únicos en neuroetología. Estos animales pueden producir descargas eléctricas de bajo voltaje que les sirve para buscar alimento, orientarse y comunicarse. Las descargas están correlacionadas con los impulsos eléctricos de las neuronas precursoras; por lo tanto, es posible estudiar directamente cómo el sistema nervioso genera comportamiento sin necesidad de explicar una secuencia compleja de movimientos musculares, como es necesario en otros animales. Krahe, R., & Fortune, E. S. (2013). Electric fishes: neural El comportamiento de estos peces se puede analizar systems, behaviour and evolution. The Journal of experimental biology, 216(13), 2363-2364. recurriendo a física ondulatoria, lo que también
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Agosto de 2013
La Antorcha Verde
Consejo Editorial Daniel A. Romero-Álvarez Editor General y Autor vacdaro@hotmail.com
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Queremos agradecer a todos nuestros lectores por su masiva acogida, en especial a Gloria Del Alcázar Herrera, Carlos Ortega López, Angela Leon C. Jaime García, Gabriela Muñóz, Alejandra Moscoso y Diana Troya R. por su invaluable colaboracón. Las fotografias y los diagramas que se utilizan y no son de autoria del Quinto Pilar son usados bajo licencia creative commons, caso contrario se especifica los autores o la fuente. El Quinto Pilar es una organización sin fines de lucro Atentamente El Consejo Editorial
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Volumen 1
Número 5
FOTOGRAFÍA | Biodiversidad
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El Parque Nacional Yasuní es uno de los lugares más biodiversos sobre la tierra, miles de especies de diferentes formas, colores y tamaños se esconden en sus bosques. Los hongos no son una excepción. Un hongo con un patrón peculiar crece en un tronco podrido en el Yasuní, su forma asemeja a un árbol filogenético. Foto por Lucas M. Bustamante-Enriquez
El Loro de Cara Roja es una de las especies amenazadas por el casi nulo estado de conservación del Bosque Lluvioso del Chocó Ecuatoriano. Madereras, plantaciones de palmas y deforestación en general son sus principales amenazas, en una de las regiones más biodiversas sobre la tierra donde menos del 2% permanece intacto. Foto por Jaime Garcia-Dominguez
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Agosto de 2013
La Antorcha Verde
El camuflaje es una de las adaptaciones más admirables en la naturaleza. Sin embargo, puede ser un poco peligroso si un animal venenoso lo maneja tan perfectamente para evitar predadores y cazar sus presas. La Boca de Sapo Amazónica (Bothrocophias hyoprora) habita en la amazonía ecuatoriana y es un perfecto ejemplo de camuflaje. Foto por Lucas M. Bustamante-Enriquez
En varios estudios se menciona que la diversidad de hormigas que en un solo árbolde la amazonia puede haber más especiesde hormigas que en toda Inglaterra. Hileras interminables como verdaderos ejércitos se desplazan por todo el bosque del Parque Nacional Yasuni. Se calcula que puede haber más de 600 especies en esta zona. Foto por Jorge A. Castillo-Castro
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Volumen 1
Número 5
FOTOGRAFÍA | Trabajo Científico
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María José Quiroz colecta una Rana de Lluvia (Pristimantis) en el Parque Nacional Yasuní. Ella formó parte de la optativa " Documentación Fotográfica" de la carrera de Ciencias Biológicas de la PUCE llamada. Foto por Lucas M. Bustamante-Enriquez
Metafase de 45,X (Sidrome de Tunner) obtenida a partir de una muestra de sangre total con tincion giemsa y bandeo G. Universidad Central del Ecuador, Centro de Biomedicina. Foto por Gabriela Muñóz
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