La increible Migración animal

Comportamiento estacional del chingolo o chincol

El ciclo migratorio anual del chingolo o chincol va precedido y seguido de una serie de modificaciones fisiológicas (en verde) y de comportamiento (en púrpura) previsibles y correlacionadas. Inicia este ciclo el alargamiento de los periodos de luz en primavera y verano. Las células fotosensibles del cerebro del pájaro detectan este cambio del medio y estimulan la liberación de hormonas reproductoras.

Migración animal, desplazamiento masivo de animales, desde y hacia sus áreas naturales de reproducción, con carácter estacional o periódico. La migración generalmente se produce antes y después de la época de cría. Durante ésta, los animales migratorios son objeto de las variaciones estacionales del medio y experimentan cambios anatómicos y fisiológicos. En sentido estricto, el término migración no es aplicable a los movimientos nómadas de muchos grupos animales que se ven continuamente amenazados por la sobrepoblación, ni a los cambios de hábitat de muchos animales con larvas, durante las diferentes fases de la metamorfosis. Por estas razones, los desplazamientos periódicos masivos del lemming y de la langosta no se consideran auténtica migración.

RUTAS MIGRATORIAS

Migración del ñu

El ñu azul, una de las cinco subespecies de ñu, emigra cada año desde Kenia hasta el norte de Sudáfrica. En su ruta, los inmensos rebaños se detienen en las pozas del río Grameti, donde se convierten en el principal alimento de los cocodrilos del Nilo. Algunos científicos postulan que es posible que los cocodrilos del Grameti coman una sola vez al año, cuando llegan los rebaños de ñúes azules.

Los ejemplos mejor conocidos de migración auténtica son los desplazamientos anuales de la aves, en los que bandadas de pájaros nativos de zonas templadas y árticas buscan a finales de verano y en otoño regiones más cálidas, regresando a sus territorios originales de anidación en primavera. Un ejemplo espectacular es el de la golondrina del Ártico, que cría a temperaturas de ocho grados en el polo norte e inverna en la Antártida.

Anguila europea

La anguila europea (Anguilla anguilla) alcanza la madurez en los ríos y lagos europeos y entonces comienza una larga migración para reproducirse en las aguas del mar de los Sargazos. Allí, las anguilas ponen los huevos en aguas profundas y mueren. De los huevos nacen unas larvas transparentes que son arrastradas por la corriente del Golfo y tardan casi tres años en llegar a Europa, convertidas en angulas.

Estas migraciones estacionales también se producen en algunos mamíferos, especialmente aquellos parcial o totalmente acuáticos. La foca de Groenlandia, Pagophilus groenlandicus, realiza largos viajes desde Groenlandia hasta las islas Spitsbergen y Jan Mayen donde nacen las crías, y la foca peluda, Callorhinus ursinus, nativa de muchas zonas del Ártico, que siempre se dirige a una zona de las islas Pribilof durante la época de cría. Muchos murciélagos del norte se desplazan a zonas invernales más cálidas. En el norte de Norteamérica, los murciélagos que habitan en los árboles huecos emigran hacia el sur a lugares tan remotos como las Bermudas para pasar el invierno. La migración de los grandes mamíferos africanos está determinada por las estaciones seca y húmeda. Las manadas de animales como las de los ñúes, cebras y elefantes se dispersan durante la estación húmeda, congregándose de nuevo en la estación seca en las charcas, tras recorrer con frecuencia distancias de hasta 1.500 kilómetros o más.

Reinita de Kentucky

¿Por qué un pequeño pájaro como la reinita o chipe de Kentucky (Oporornis formosus) realiza un duro viaje semestral desde las tierras donde se alimenta, en los bosques de hoja caduca del este de los Estados Unidos, hasta las tierras donde pasa el invierno, en los bosques húmedos tropicales que se extienden desde el sur de México hasta Venezuela? A la reinita y a otras aves cantoras migratorias, la recompensa debe valerles la pena, ya que este viaje tan largo supone un gran gasto de energía y un gran riesgo. La migración permite que los pájaros aprovechen los diferentes recursos de las distintas estaciones, como los lugares de nidificación y la aparición de insectos y bayas de climas cálidos, así como que se eviten las penurias del frío invierno y la escasez de comida. Sin embargo, la migración también entraña peligros tanto en el lugar de partida como en el de destino, ya que la tala de la selva tropical les deja sin refugio para el invierno y la urbanización y la eliminación del bosque acaban con su hogar de verano.

Muchos peces emigran desde el mar abierto hacia aguas costeras más cálidas, y desde el norte hacia regiones del sur con temperaturas más elevadas durante los meses invernales. El salmón asciende a contracorriente desde el océano a través de diversos ríos para desovar, y la mayoría de las anguilas descienden por los ríos hasta el mar con el mismo propósito. Algunos invertebrados marinos, como el erizo de mar y la estrella de mar, emigran desde las aguas profundas a las superficiales durante la primavera y principios del verano para la puesta.

TEORÍAS SOBRE LA ORIENTACIÓN EN LAS RUTAS MIGRATORIAS

Migración de la mariposa monarca

Nutridas poblaciones de mariposas monarca, Danaus plexippus, pasan el invierno en las montañas situadas al oeste de la ciudad de México. Esta mariposa es conocida por realizar migraciones muy largas entre el centro de México y el centro y el norte de Estados Unidos; el insecto repite el viaje dos veces en sus dos años de vida. Los científicos suponen que el clima de montaña presenta una combinación favorable de humedad y temperaturas bajas sin llegar a la congelación. Estas condiciones evitan la desecación de la mariposa y mantienen su metabolismo a un ritmo suficiente para conservar la vida sin agotar las reservas de grasas. El vuelo más largo registrado en una monarca adulta marcada ha sido de 2.900 kilómetros.

Se han formulado muchas teorías para explicar el origen de las migraciones, y de los mecanismos fisiológicos que guían a los animales en sus desplazamientos migratorios, aunque por el momento, los zoólogos no consideran ninguna totalmente satisfactoria. Los desplazamientos estacionales de las aves y de la mayoría de los otros animales migratorios están motivados por una combinación de estímulos internos y externos que liberan un 'gatillo' fisiológico de migración. Sin embargo, una vez que un animal ha iniciado una migración, es posible que sean muchos los factores que intervengan para que éste alcance su objetivo.

La orientación basada en el Sol y las estrellas parece estar implicada en la migración de las aves, mientras que los peces parecen guiarse en los mares gracias a pequeños rastros de olores químicos de los ríos de los que provienen. Según estudios actuales, las aves pueden ser sensibles al campo magnético terrestre y al efecto de la rotación alrededor de su eje. La combinación de estas dos fuerzas, que es única para las distintas zonas de la Tierra, podría probablemente orientar a un pájaro hacia el lugar deseado. La presencia de restos de hierro en el tejido cerebral de las aves pone de manifiesto un posible mecanismo para explicar esta sensibilidad al campo magnético. Otras teorías se refieren al empleo de referencias topográficas durante el vuelo, y pueden estar implicadas por el exceso de informaciones de navegación. Ninguna explica totalmente la precisión de los primeros movimientos migratorios, a menos que se suponga que la mayor parte de este fenómeno es hereditario y que los animales siguen instintivamente la pista de antiguas trayectorias.

jueves, 28 de octubre de 2010

La asombrosa Red trófica

Red trófica o Red alimentaria, serie de cadenas alimentarias o tróficas íntimamente relacionadas por las que circulan energía y materiales en un ecosistema. Se entiende por cadena alimentaria o trófica cada una de las relaciones alimentarias que se establecen de forma lineal entre organismos que pertenecen a distintos niveles tróficos. La red trófica está dividida en dos grandes categorías: la red de pastoreo, que se inicia con las plantas verdes, algas o plancton que realiza la fotosíntesis, y la red de detritos que comienza con los detritos orgánicos. Estas redes están formadas por cadenas alimentarias independientes. En la red de pastoreo, los materiales pasan desde las plantas a los consumidores primarios (herbívoros) y de éstos a los consumidores secundarios (carnívoros). En la red de detritos, los materiales pasan desde las plantas y sustancias animales a las bacterias y a los hongos (descomponedores), y de éstos a los que se alimentan de detritos (detritívoros) y de ellos a sus depredadores (carnívoros).

Por lo general, entre las redes tróficas existen muchas interconexiones. Por ejemplo, los hongos que descomponen la materia en una red de detritos pueden dar origen a setas que son consumidas por ardillas, ratones y ciervos en una red de pastoreo. Los petirrojos son omnívoros, es decir, consumen plantas y animales, y por esta razón están presentes en las redes de pastoreo y de detritos. Los petirrojos se suelen alimentar de lombrices de tierra que son detritívoras, que se alimentan de hojas en estado de putrefacción.

NIVELES TRÓFICOS

Niveles tróficos de un ecosistema

La ilustración representa los distintos niveles tróficos que pueden encontrarse en un ecosistema. Descomponedores, productores y consumidores establecen relaciones alimentarias entre ellos, ya que unos organismos se alimentan de otros y a su vez sirven de alimento a terceros. Haz clic en cada etiqueta para saber más de cada nivel trófico.

La red trófica se puede contemplar no sólo como un entramado de cadenas sino también como un conjunto de niveles tróficos (nutricionales). Las plantas verdes, que son las primeras productoras de alimentos, pertenecen al primer nivel trófico. Los herbívoros, que son los consumidores de plantas verdes, corresponden al segundo nivel trófico. Los carnívoros, que son depredadores que se alimentan de los herbívoros, pertenecen al tercero. Los omnívoros, que son consumidores tanto de plantas como de animales, se integran en el segundo y tercero. Los carnívoros secundarios, que son superdepredadores que se alimentan de depredadores, pertenecen al cuarto nivel trófico. Según los niveles tróficos se elevan, el número de depredadores es menor y son más grandes, feroces y ágiles. En el segundo y tercer nivel, los que descomponen los materiales disponibles actúan como herbívoros o carnívoros dependiendo de si su alimento es vegetal o animal. Véase Pirámide trófica.

FLUJO DE ENERGÍA

En esta sucesión de etapas en las que un organismo se alimenta y es devorado, la energía fluye desde un nivel trófico a otro. Las plantas verdes u otros organismos que realizan la fotosíntesis utilizan la energía solar para elaborar hidratos de carbono para sus propias necesidades. La mayor parte de esta energía química se procesa en el metabolismo y se pierde en forma de calor en la respiración. Las plantas convierten la energía restante en biomasa, sobre el suelo como tejido leñoso y herbáceo y bajo éste como raíces. Por último, este material, que es energía almacenada, se transfiere al segundo nivel trófico que comprende los herbívoros que pastan, los descomponedores y los que se alimentan de detritos. Si bien, la mayor parte de la energía asimilada en el segundo nivel trófico se pierde de nuevo en forma de calor en la respiración, una porción se convierte en biomasa. En cada nivel trófico los organismos convierten menos energía en biomasa que la que reciben. Por lo tanto, cuantos más pasos se produzcan entre el productor y el consumidor final, la energía que queda disponible es menor. Rara vez existen más de cuatro eslabones, o cinco niveles, en una red trófica. Con el tiempo, toda la energía que fluye a través de los niveles tróficos se pierde en forma de calor. El proceso por medio del cual la energía pierde su capacidad de generar trabajo útil se denomina entropía (véase Termodinámica).

Plantas carnívoras cazadoras

Una mosca giraba en torno de unas flores  cuyos pétalos mostraban un llamativo interior rojo. Descendió a investigar y, con ello cometió el postrer error  de su  vida. Los pétalos se unieron bruscamente  y entrelazando sus bordes  en forma de peine, formaron una trampa mortal. Lentamente  la trampa  se fue cerrando  y la planta comenzó a devorar a su víctima.

Los atrapamoscas originarios de Carolina en Estados Unidos, es una de las muchas pantas  carnívoras  que se sustentan de nitratos  y otras sales  de las proteínas  animales. Sus hojas  se articulan en el centro  y extienden sus hilos invisibles. Cuando un insecto toca uno de ellos, la trampa salta  y comienzan   a  actuar los jugos digestivos.

El proceso suele durar alrededor de  diez días. Después, la atrapamoscas abre  de nuevo sus hojas y expulsa la las partes no digeribles, tales como las alas y las escamas.  En seguida se halla preparada para recibir su próxima víctima.

No muy diferente de las atrapamoscas  es la planta cántaro, que vive en Australia  y al este de América del Norte. Posee unos pequeños receptáculos en forma de cántaro que cuelgan de sus hojas. L insecto se dirige hacía ella atraído por el olor y al moverse por la resbaladiza  boca del receptáculo pierde pie  y cae sobre un líquido  acidulado. Unas duras cerdas impiden a la víctima trepar  hacía afuera y pronto sucumbe al baño  de los jugos digestivos.

Cazadores consumados.

Quizá la más admirable de las plantas cazadoras de animales  sea la utricularia, que  se encuentra generalmente  en las regiones tropicales. Vive en los charcos y riachuelos  de escasa corriente. Carece de raíces y se mueve a meced del viento y del agua. Es una planta larga y delgada  con hojas  multipartidas, cada una de ellas con 12 pequeñas vejigas. En estas queda apresada la víctima  después de ser absorbida desde adentro, a través de una puerta que se abre  desde fuera pero no desde el interior.

No todas las plantas cazadoras utilizan trampas mecánicas. Algunas lo fijan como el papel atrapamoscas. La bella drosera de Australia y África  del Sur es una planta de olores dulces, cuyas flores son la muerte para las incautas criaturas. Su centro que recuerda un acerico  de alfileres  contienen un fuerte pegamento  que se adhiere al insecto  que en el se posa. Inmediatamente los alfileres de brillante cabeza se inclinan sobre la víctima  y la drosera comienza su comida.

De modo semejante aguarda su presa la frondosa sanícula, que se extiende en el suelo de  regiones húmedas  y musgosas, generalmente en el hemisferio  norte. Cuando una polilla o abeja se posa sobre ella para comer, la planta exuda una secreción pegajosa que atrapa al insecto. Luego emite un fermento digestivo que domina a la presa y curva finalmente los bordes de las hoja para estrechar a la víctima en abrazo mortal.

miércoles, 27 de octubre de 2010

Los asombrosos Pulmones

Pulmones humanos

Mientras que el pulmón derecho tiene tres lóbulos, el pulmón izquierdo sólo tiene dos, con un hueco para acomodar el corazón. Las dos ramificaciones de la tráquea, llamadas bronquios, se subdividen dentro de los lóbulos en otras más pequeñas y éstas a su vez en conductos aéreos aún más pequeños. Terminan en minúsculos saquitos de aire, o alveolos, rodeados de capilares. Cuando los alveolos se llenan con el aire inhalado, el oxígeno se difunde hacia la sangre de los capilares, que es bombeada por el corazón hasta los tejidos del cuerpo. El dióxido de carbono se difunde desde la sangre a los pulmones, desde donde es exhalado.

Pulmones, órganos pares situados en la cavidad torácica que llevan a cabo la respiración. Están presentes en mamíferos, aves y reptiles. Muchos anfibios y algunos peces también presentan pulmones.

En los seres humanos se localizan en la cavidad torácica, limitada por arriba por el cuello y por debajo por el diafragma, un músculo con forma de cúpula que separa esta cavidad de la abdominal. Los pulmones de los recién nacidos son de color rosado mientras que los de las personas adultas presentan distintas manchas grisáceas como consecuencia de las pequeñas partículas de polvo presentes en la atmósfera, que acceden a los pulmones con el aire inspirado. En general, las personas que viven en grandes ciudades o en zonas industriales presentan pulmones de color más oscuro que aquéllas que viven en el campo.

ANATOMÍA Y ESTRUCTURA DE LOS PULMONES

El aire inhalado penetra en el organismo por la boca o por las ventanas de la nariz, pasando luego por la laringe, o caja de la voz, y luego por la tráquea. Ésta se divide en dos tubos denominados bronquios, cada uno de los cuales conduce a un pulmón.

En el ser humano adulto cada pulmón mide entre 25 y 30 cm de largo y tiene una forma más o menos cónica. El derecho está dividido en tres lóbulos y el izquierdo en dos. Estos dos órganos están separados por una estructura denominada mediastino, que encierra el corazón, la tráquea, el timo, el esófago y vasos sanguíneos. Los pulmones están cubiertos por una membrana protectora llamada pleura pulmonar, que está separada de la pleura parietal —una membrana similar situada en la pared de la cavidad torácica— por un fluido lubricante.

Dentro de los pulmones, los bronquios se subdividen en bronquiolos, que dan lugar a los conductos alveolares; éstos terminan en unos saquitos llamados alveolos que están rodeados de una tupida red de capilares sanguíneos. La superficie alveolar total es de 93 m², casi 50 veces el área de la piel. Cada pulmón tiene entre 300 y 400 millones de alveolos.

RESPIRACIÓN

Alveolos

Una micrografía de escáner electrónico muestra los diminutos sacos llamados alveolos, en un corte de tejido pulmonar humano. Los seres humanos tienen una capa delgada con unos 700 millones de alveolos en sus pulmones. Esta capa es crucial para la respiración, ya que en ella se produce el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono con los capilares sanguíneos circundantes.

En este proceso vital para la vida, el oxígeno del aire inhalado entra en la sangre, y el dióxido de carbono —un gas de desecho procedente del metabolismo de las sustancias nutritivas— es exhalado a la atmósfera. Las células del organismo utilizan el oxígeno y producen dióxido de carbono constantemente, por lo que los pulmones están continuamente en funcionamiento.

Durante la inspiración el aire penetra en los pulmones; el diafragma se contrae, se aplana y hace aumentar el volumen de la cavidad torácica en la que están suspendidos. Además, los músculos intercostales se contraen y provocan el movimiento de los extremos anteriores de las costillas hacia arriba y hacia fuera de forma simultánea, lo que aumenta aún más el tamaño de la cavidad torácica. Esto permite que los pulmones se expandan y queden llenos de aire.

Respiración en seres humanos

Cuando el diafragma se contrae y se mueve hacia abajo, los músculos pectorales menores y los intercostales presionan las costillas hacia fuera. La cavidad torácica se expande y el aire entra con rapidez en los pulmones a través de la tráquea para llenar el vacío resultante. Cuando el diafragma se relaja, adopta su posición normal, curvado hacia arriba; entonces los pulmones se contraen y el aire se expele.

Durante la espiración o salida del aire rico en dióxido de carbono, los músculos intercostales se relajan y las costillas vuelven a su posición, a la vez que el diafragma recupera su forma de cúpula; ambos factores provocan la disminución del volumen de la cavidad torácica lo que origina la contracción de los pulmones que expulsan el aire al exterior. Estos órganos también excretan agua en estado gaseoso; almacenan glucógeno, que es un hidrato de carbono complejo (véase Almidón) y filtran hacia el exterior organismos y partículas peligrosas utilizando unos pelos llamados cilios.

En una persona adulta el número de inspiraciones en estado de reposo es de 14 a 20 por minuto, aunque cuando se realiza una actividad física intensa la frecuencia respiratoria puede aumentar hasta 80 inspiraciones por minuto. El ritmo respiratorio de un niño, en situación de reposo, es mayor que el de un adulto en el mismo estado y en los recién nacidos alcanza una valor de 40 inspiraciones por minuto. En general, los animales de tamaño pequeño presentan un ritmo respiratorio más rápido que los más grandes. Una rata, por ejemplo, respira unas 60 veces por minuto mientras que un caballo lo hace sólo 12 veces por minuto.

Normalmente, en estado de reposo, la cantidad de aire que se introduce durante una inspiración es de 0,5 l aproximadamente. La capacidad vital es la cantidad máxima de aire que se puede mantener dentro de los pulmones y es de unos 3,8 l, aunque varía de un individuo a otro. Los atletas, por ejemplo, pueden tener una capacidad vital de 4,8 a 5,7 litros.

El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono tiene lugar cuando el aire llega a los alveolos. Estos sacos pequeños están formados por una única capa de células epiteliales planas, y rodeados por capilares sanguíneos que también poseen una sola capa de células endoteliales. El oxígeno se difunde a través de los alveolos para llegar al interior de los capilares sanguíneos, que lo transportan, unido a la hemoglobina de los hematíes, hasta el corazón para que sea distribuido por todo el cuerpo. El dióxido de carbono se traslada en sentido opuesto; es decir, desde los capilares pulmonares al interior de los alveolos.

ENFERMEDADES PULMONARES

Tejido pulmonar de un fumador

Los pulmones tienen unas diminutas bolsas o sacos llamados alveolos, donde el dióxido de carbono del organismo se intercambia por oxígeno del aire. Varias enfermedades que afectan a los pulmones destruyen los alveolos de manera directa, como lo hace el enfisema, o deterioro de la capacidad de los alveolos para intercambiar gases. Esta imagen muestra los efectos del enfisema (causado por el humo del tabaco) sobre el tejido pulmonar.

Las enfermedades infecciosas más comunes en estos órganos son las neumonías, originadas frecuentemente por virus o por bacterias, y la tuberculosis. El cáncer de pulmón se ha convertido —con el aumento del tabaquismo— en una de las principales causas de muerte por cáncer en los países más desarrollados. Este hábito también contribuye de forma sustancial al aumento de la bronquitis crónica y el enfisema. En éste, los alveolos se destruyen de forma gradual. El asma (véase Asma bronquial), una enfermedad grave de los bronquios, puede ser producida por la sensibilización a sustancias naturales como el polen o químicas de origen industrial. La exposición a materiales como el polvo de algodón, el polvo de carbón, la sílice y el amianto puede producir fibrosis o cicatrización pulmonar, como en la silicosis y la asbestosis.

Proyecto Genoma Humano

Mapa genético

Esta exploración genética que presenta la disposición de los cromosomas dentro de una célula ayuda a los especialistas a examinar más de cerca la constitución genética de cada individuo. Al término del Proyecto Genoma Humano los genetistas esperan haber compilado un mapa que recoja la posición de todos los genes del organismo humano.

Proyecto Genoma Humano, programa internacional de colaboración científica cuyo objetivo es obtener un conocimiento básico de la dotación genética humana completa (véase Genética). Esta información se encuentra en todas las células del cuerpo, codificada en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El Proyecto Genoma Humano ha identificado los aproximadamente 25.000 genes presentes en el núcleo de las células humanas y ha establecido la localización que ocupan estos genes en los 23 pares de cromosomas del núcleo.

Los datos obtenidos a partir de la secuenciación y cartografiado del genoma humano ayudarán a los científicos a relacionar las enfermedades hereditarias con genes concretos situados en lugares precisos de los cromosomas. Estas investigaciones proporcionarán un conocimiento sin precedentes de la organización esencial de los genes y de los cromosomas. Muchos científicos creen que la identificación de la dotación genética humana revolucionará el tratamiento y prevención de numerosas enfermedades humanas, ya que penetrará en los procesos bioquímicos básicos que las sustentan.

Francis Collins y Craig Venter

Francis Collins, director del Proyecto Genoma Humano, y Craig Venter, presidente de la empresa Celera Genomics, se dan la mano en la conferencia de prensa en la que anunciaron la secuenciación del genoma humano, el 12 de febrero de 2001.

La idea de iniciar un estudio coordinado del genoma humano surgió de una serie de conferencias científicas celebradas entre 1985 y 1987. El proyecto tomó impulso en Estados Unidos en 1990 con la ampliación de la financiación de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y del Departamento de Energía (DOE). Uno de los primeros directores del programa en Estados Unidos fue el bioquímico James Watson, que en 1962 compartió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina con los biofísicos británicos Francis Crick y Maurice Wilkins por el descubrimiento de la estructura del ADN. Varios países pusieron en marcha programas oficiales de investigación como parte de esta colaboración, entre ellos Francia, Alemania, Japón, Reino Unido y otros miembros de la Unión Europea. En 1999 Celera Genomics, una empresa privada fundada por el científico Craig Venter, inició, utilizando una metodología distinta, la secuenciación del genoma humano. Tanto el consorcio público como Celera Genomics completaron la primera fase del proyecto y, en febrero de 2001, publicaron, de manera simultánea aunque en revistas distintas, los primeros borradores del mapa genético de los seres humanos. En mayo de ese mismo año Francis Collins, John Sulston, Jean Weissenbach, Craig Venter y Hamilton Smith, cuyos equipos lideraron la investigación mundial sobre el genoma humano, recibieron el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica. En abril de 2003, científicos del consorcio público completaron la secuenciación del genoma humano, dos años antes de la fecha original de finalización del proyecto.

ESTRUCTURA DEL ADN

El elemento más importante del cromosoma es la molécula continua de ADN. Esta molécula de doble cadena con forma de escalera retorcida está formada por compuestos químicos enlazados llamados nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres partes: un azúcar llamado desoxirribosa, un grupo fosfato y una de cuatro posibles bases: adenina, timina, guanina o citosina. Estos componentes están enlazados de manera que el azúcar y el fosfato forman los lados paralelos de la escalera de ADN; las bases de ambos lados se unen por parejas para formar los travesaños; la adenina se enlaza siempre con la timina, y la guanina siempre con la citosina.

El código genético viene determinado por el orden que ocupan las bases adenina, timina, guanina y citosina en la escalera de ADN. Por lo general, cada sección de esta escalera tiene una secuencia única de pares de bases. Como un gen no es más que una de estas secciones, posee también una secuencia única, que puede utilizarse para diferenciar unos genes de otros y fijar su posición en el cromosoma.

EL GENOMA HUMANO

Se llama genoma a la totalidad del material genético de un organismo. El genoma humano tiene unos 20.000 o 25.000 genes distribuidos en los 23 pares de cromosomas de la célula. Un cromosoma humano puede contener más de 250 millones de pares de bases de ADN, y se estima que el genoma humano está compuesto por unos 3.000 millones de pares de bases.

El ADN analizado en el Proyecto Genoma Humano procede, por lo general, de muestras de sangre o de tejido obtenidas de varias personas anónimas. Celera Genomics, por su parte, ha utilizado el ADN de 6 individuos de distintos grupos étnicos. La diferencia entre el genoma de dos individuos se ha estimado entre el 0,05 y el 0,1 por ciento. Esto significa que aproximadamente 1 de cada 1.000 o de cada 2.000 nucleótidos son distintos entre una persona y otra. Por lo tanto, las diferencias entre muestras de ADN de distintos individuos son muy pequeñas en comparación con sus similitudes.

CARTOGRAFÍA Y SECUENCIACIÓN

Reacción en cadena de la polimerasa

La reacción en cadena de la polimerasa (RCP) utiliza una enzima llamada polimerasa para multiplicar rápidamente un pequeño fragmento de ácido desoxirribonucleico (ADN), una molécula de doble cadena en forma de escalera que transporta el material hereditario en todos los seres vivos. Cada ciclo de RCP consta de tres fases. En la primera, llamada desnaturalización, se calienta el ADN para separar las dos cadenas que lo forman. En la segunda, llamada templado, la temperatura de la mezcla se rebaja para que los cebadores o fragmentos iniciadores del ADN se enlacen con las cadenas separadas de esta molécula. En la tercera o polimerización se eleva de nuevo la temperatura para que la enzima polimerasa copie rápidamente el ADN. En cada ciclo de RCP se duplica todo el ADN presente en la reacción, de manera que en unas pocas horas se obtienen más de mil millones de copias de un solo fragmento.

Hay dos categorías principales de técnicas de cartografía genética: ligamiento o cartografía genética, que identifica sólo el orden relativo de los genes a lo largo del cromosoma; y cartografía física, un conjunto de métodos más precisos que permite determinar las distancias entre genes dentro del cromosoma. Ambos tipos de cartografía utilizan marcadores genéticos, que son características físicas o moleculares detectables que se diferencian entre los individuos y se transmiten por herencia.

La cartografía mediante ligamiento se desarrolló a principios de la década de 1900 gracias al trabajo del biólogo y genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan. Al observar la frecuencia con que determinadas características se heredaban unidas en numerosas generaciones de moscas del vinagre, llegó a la conclusión de que estos rasgos que con frecuencia se heredan juntos debían estar asociados con genes próximos en el cromosoma. Basándose en sus investigaciones, Morgan logró elaborar un mapa aproximado que recogía el orden relativo de estos genes asociados en los cromosomas, y en 1933 recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina por su trabajo.

Los mapas de ligamiento humanos se han elaborado sobre todo siguiendo las pautas de herencia de familias numerosas a lo largo de muchas generaciones. Inicialmente, estos estudios se limitaban a los rasgos físicos heredados, fácilmente observables en todos los miembros de la familia. Pero actualmente hay técnicas de laboratorio muy refinadas que permiten a los investigadores crear mapas de ligamiento más detallados comparando la posición de los genes diana en relación con el orden de los marcadores genéticos o de segmentos específicos y conocidos del ADN.

La cartografía física determina la distancia real entre puntos diferenciados de los cromosomas. Las técnicas más precisas combinan robótica, uso de láser e informática para medir la distancia entre marcadores genéticos. Para realizar estos mapas se extrae ADN de los cromosomas humanos y se rompe aleatoriamente en numerosos fragmentos. A continuación, éstos se duplican muchas veces en el laboratorio para analizar en las copias idénticas así obtenidas, llamadas clones, la presencia o ausencia de marcas genéticas específicas distintivas. Los clones que comparten varias marcas proceden por lo general de segmentos solapados del cromosoma. Las regiones de solapamiento de los clones pueden a continuación compararse para determinar el orden global de las marcas a lo largo del cromosoma y la secuencia exacta que ocupan inicialmente los segmentos de ADN clonados.

Para determinar la secuencia real de nucleótidos hacen falta mapas físicos muy detallados que recojan el orden exacto de las piezas clonadas del cromosoma. En el Proyecto Genoma Humano se ha utilizado primordialmente un método de secuenciación, desarrollado por el bioquímico británico y dos veces premio Nobel Frederick Sanger, que consiste en replicar piezas específicas de ADN y modificarlas de modo que terminen en una forma fluorescente de uno de los cuatro nucleótidos. En los modernos secuenciadores automáticos de ADN, diseñados por el biólogo molecular estadounidense Leroy E. Hood, el nucleótido modificado situado al extremo de una de estas cadenas se detecta con un haz de láser y se determina el número exacto de nucleótidos de la cadena. A continuación se combina esta información en un ordenador para reconstruir la secuencia de pares de bases de la molécula original de ADN.

Duplicar el ADN con precisión y rápidamente tiene una importancia crítica, tanto para la cartografía como para la secuenciación. Inicialmente los fragmentos de ADN humano se replicaban mediante clonación en organismos unicelulares que se dividen rápidamente, como bacterias o levaduras. Esta técnica exige mucho tiempo y mucho trabajo. A finales de la década de 1980 se generalizó el uso de un método revolucionario de replicación de ADN llamado reacción en cadena de la polimerasa (RCP). Esta técnica es fácil de automatizar y puede copiar una sola molécula de ADN varios millones de veces en unas pocas horas. En 1993, el bioquímico estadounidense Kary Mullis recibió el Premio Nobel de Química por desarrollar esta técnica.

Los biólogos moleculares estadounidenses Craig Venter y Hamilton O. Smith desarrollaron una metodología distinta, denominada shotgun, para determinar el orden de los genes a lo largo del cromosoma prescindiendo de la laboriosa fase de cartografiado. Esta técnica consiste en cortar el ADN en muchos fragmentos que se secuencian por separado. Posteriormente, y con la ayuda de potentes computadoras, se van ordenando los fragmentos que se superponen para, así, completar la secuencia. Desde 1995 su metodología ha servido para determinar el genoma de diversas bacterias, de la mosca del vinagre Drosophila melanogaster y del genoma humano.

BIOINFORMÁTICA

La secuenciación del genoma humano ha generado un amplio catálogo de los aproximadamente 31.000 genes humanos; mapas de alta resolución de los cromosomas, incluyendo cientos de miles de puntos significativos; y miles de millones de informaciones sobre secuencias de pares de bases. Para ayudar a los investigadores a determinar el sentido de este aluvión de datos han hecho falta muchos instrumentos informáticos, como sistemas de información y gestión de laboratorios, robots, sistemas de gestión de bases de datos e interfaces gráficas de usuario.

Se ha desarrollado un nuevo campo de investigación llamado bioinformática para satisfacer las exigencias planteadas por el programa. Los investigadores de bioinformática han creado bases de datos públicas conectadas a Internet para poner los datos del genoma a disposición de los científicos de todo el mundo. La información de secuenciación del ADN se encuentra en varias bases de datos, entre ellas GenBank del NIH, Base de Datos de Secuencias de Nucleóticos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular y DNA Databank de Japón.

SITUACIÓN DEL PROYECTO

En febrero de 2001, con el 90% del genoma secuenciado, se publicó un primer borrador del mapa genético de los seres humanos. Los investigadores completaron el desciframiento del genoma en abril de 2003.

La secuenciación del genoma humano, uno de los acontecimientos científicos más relevantes de la historia de la humanidad, puso de manifiesto que los seres humanos cuentan con unos 31.000 genes. Esto supone que, contrariamente a lo que se había pensado en un principio, el genoma humano apenas cuenta con el doble de genes de los que tiene la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster).

Los primeros cromosomas descifrados fueron el 22, en 1999, el 21, en 2000, y el cromosoma número 20 en diciembre de 2001. Los científicos han secuenciado también el genoma de numerosos organismos como la bacteria Escherichia coli, la levadura Saccharomyces cerevisiae, el nematodo Caenorhabditis elegans o la mosca del vinagre. Estos estudios son importantes para conocer las similitudes que existen entre los genes humanos y los genes de otros organismos y para entender mejor las funciones de los genes.

Aunque ya se habían identificado los genes asociados a ciertas enfermedades hereditarias, como la fibrosis quística, la distrofia muscular o la enfermedad de Huntington, la publicación del mapa del genoma humano impulsará las investigaciones en este campo, posibilitando el desarrollo de pruebas mejores de selección genética, de nuevos medicamentos y de mejores tratamientos para combatir estas patologías. Por otro lado, la identificación de las alteraciones existentes en el ADN permitirá mejorar la técnica de biochips que se utiliza para identificar las alteraciones genéticas que porta un individuo; esto ayudará a los especialistas a reconocer si alguien es más propenso a padecer alguna enfermedad y a decidir qué clase de fármacos pueden ser más eficaces en el tratamiento. Además, con la secuencia del genoma completa, los científicos están dirigiendo su atención hacia el estudio de las proteínas codificadas por los genes. Esta nueva disciplina, que ha recibido el nombre de proteómica, se encarga del análisis y caracterización del proteoma (el conjunto de las proteínas expresadas por un genoma). En julio de 2001 se publicó la secuencia completa del primer proteoma de un ser vivo: el de la levadura Saccharomyces cerevisiae, cuyo genoma fue uno de los primeros secuenciados.

El conocimiento del genoma humano tiene también diversas implicaciones éticas, jurídicas y sociales. El desciframiento completo del genoma ha estimulado un debate internacional sobre la conveniencia o no de patentar para uso comercial secuencias de genes humanos, de poner la información sobre genética humana a disposición de empresas de seguros, así como de corregir los defectos genéticos de forma que podrían transmitirse de generación en generación.

martes, 26 de octubre de 2010

Metamorfosis

Ciclo de vida de la rana

La mayoría de las ranas tienen un ciclo vital con dos estadios distintos: las crías viven en el agua y los adultos en tierra firme. Las ranas adultas ponen un gran número de huevos en el agua o en otros lugares húmedos (A). De los huevos salen pequeñas larvas en forma de pez llamadas renacuajos (B), las cuales crecen a medida que se alimentan de algas y trozos de materia vegetal que encuentran en el agua (C). Cuando comienza la metamorfosis o cambio a la forma adulta, el renacuajo desarrolla patas traseras (D). Cuando ambos pares de patas están completas y el animal ha sustituido sus branquias por pulmones, la joven rana sale a tierra firme (E). La rana reabsorbe el resto de la cola y sigue creciendo hasta alcanzar la talla adulta (F).

Metamorfosis, en zoología, cambios anatómicos notables que ocurren durante el transcurso de la vida de algunos animales.

En el caso de la metamorfosis completa, existe una clara diferencia entre los distintos estados por los que pasa el desarrollo de un animal. En la primera fase, un embrión se forma dentro de un huevo. Cuando el huevo eclosiona, el estado animal resultante se llama larva. Durante el siguiente periodo, la larva se convierte en pupa. Al final del estado de pupa nace el ejemplar adulto. Entre los animales que se desarrollan de esta manera, se incluyen muchos peces, moluscos e insectos. En el caso de la metamorfosis incompleta, los jóvenes se parecen a los adultos y su forma se transforma gradualmente mediante mudas. Un ejemplo son los saltamontes que pasan por tres estados sin tener un periodo de pupa.

Las ranas sufren un tipo diferente de metamorfosis completa. Del huevo sale un renacuajo que vive en el agua, respira mediante branquias y tiene una cola. Cuando el renacuajo se desarrolla, se le forman los pulmones y las patas siendo las branquias y la cola reabsorbidas por el cuerpo. Al final, el animal abandona el agua para vivir, principalmente, en el medio terrestre como una rana adulta.