Premio Nóbel de Química por la GFP

El Premio Nóbel de Química de 2008 ha sido concedido a Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Tsien por el descubrimiento de la GFP (Green Fluorescent Protein = Proteína Verde Fluorescente) y los posteriores desarrollos relacionados con la misma. Gracias a la luminosidad verde fluorescente de esta proteína al ser expuesta a la luz ultravioleta, es posible visualizar ciertos procesos biológicos como el desarrollo de neuronas en el cerebro o la propagación de células cancerígenas.

Con respecto al Premio Nóbel, Osamu Shimomura fue quien aisló la GFP en 1962 a partir de la medusa Aequorea victoria. Desde entonces, la GFP se ha consolidado como una herramienta común en muchos laboratorios.

Con posterioridad, Chalfie demostró el valor de la GFP como marcador genético luminoso. Así pues, cuando se intenta transferir una característica a un ser vivo, a menudo se inserta el gen de la GFP como parte del cambio genético. La luminosidad del ser vivo transformado indicará que la modificación pretendida ha tenido éxito. Se pueden ver como ejemplos ratones, cerdos y muchos otros animales y vegetales que expresan el gen de la GFP.

Por su parte, Tsien amplió la gama de colores del espectro visible, que antes se remitía sólo al verde. Este adelanto permitió seguir distintos procesos biológicos simultáneos. La potencia de esta técnica de coloración luminosa quedó demostrada cuando un equipo de la Universidad de Harvard empleó una combinación de múltiples proteínas fluorescentes para colorear neuronas según su actividad, en cuyo empeño se utilizaron hasta 90 colores distintos.

Un vistazo crítico al "actualismo" (2ª parte)

Como se adelantó en la primera parte de este artículo, en ésta se exponen unas orientaciones iniciales para el empleo correcto del actualismo:

1. La ausencia de una explicación de mayor calidad
Si ante un fenómeno en apariencia nuevo no se encuentra una exégesis mejor por otra vía, puede emplearse el actualismo para intentar dilucidarlo. Claro está, los resultados que se extraigan deberán tomarse con las debidas precauciones. Es decir, como una posible aclaración o como la mejor explicación hasta el momento.
2. Un contexto idéntico o razonablemente similar en ambos fenómenos a comparar
Así pues, en las mencionadas tribus de cazadores-recolectores, si la tribu del presente habita en un ecosistema tropical y la del pasado se desenvolvió en uno glacial, no deberían atribuirse los hábitos alimentarios de la primera a los de la segunda. La razón es que los sujetos del ecosistema tropical se decantarán por una dieta más herbívora (rica en frutas y verduras), mientras que los del glacial lo harán por una más carnívora (ante la escasez de vegetales). Es obvio que asimilar la alimentación de unos a la de otros sería un ejercicio incorrecto de actualismo.
3. Tener un cierto conocimiento de ambos fenómenos, sobre todo del actual
Cuanto mejor conozcamos el fenómeno presente, mayores posibilidades habrá de que la comparación resulte satisfactoria. Un conocimiento deficiente del suceso actual implica una alta probabilidad de que se cometa un mal uso del mismo. Entre ambos hechos, el más importante para una comparación adecuada es el del presente pues con él pretendemos desentrañar los enigmas del hecho acontecido. Por supuesto, esto no implica que el conocimiento del suceso pasado carezca de importancia. Un ejemplo de ello lo tenemos en el comentado velocirraptor. La comparación con las aves actuales nos aportó abundante información sobre su diseño y modo de desplazamiento. Sin embargo, hasta que no se descubrieron fósiles de velocirraptores con impresiones de plumas no se pudieron añadir éstas a su morfología, las cuales constituyeron un complemento esencial de su diseño.
4. Contar con los últimos avances científico-tecnológicos
Cuando se pretende establecer una comparación, no debe hacerse al margen de los adelantos más recientes. Las explicaciones que aporta la ciencia a lo largo del tiempo son acumulativas y, en menor medida, cambiantes. El caso del velocirraptor nos vuelve a arrojar luz al respecto: si nadie hubiera considerado que era un dinosaurio emplumado y se hubiera aplicado el actualismo al margen de este dato clave, es muy posible que futuras explicaciones hubieran resultado falsas. Por otra parte, los últimos adelantos científico-tecnológicos no sólo aportan más información para realizar unas analogías más precisas, sino que refuerzan la calidad de los resultados que ofrece el actualismo.
5. Procurar que exista el menor número de contradicciones en la comparación
Si al ejecutar una comparación nos topamos con datos y/o resultados que cuestionan o debilitan la tesis que se quiere demostrar, es bastante probable que estemos errados y que no sea pertinente emplear el actualismo.

Una vez observados los requisitos anteriores, cabría preguntarse ¿qué valor tiene entonces el actualismo como método de investigación?. La respuesta no es sencilla. Si se aplica correctamente su valor puede superar incluso al de un experimento o un estudio epidemiológico. Es evidente que, desde una perspectiva histórica, ha permitido obtener información muy útil para reconstruir distintos aspectos del pasado. Gracias al actualismo comprendemos de un modo aceptable cómo vivían los distintos antepasados del Homo sapiens sapiens, los dinosaurios y otros animales prehistóricos, etc. Por desgracia, también es cierto que a menudo se ha empleado a la ligera, con abuso o de manera equívoca. Cuando la información en que se apoya el actualismo es escasa y/o incorrecta, los resultados extraidos pueden caer en el disparate, como ocurrió con las reconstrucciones iniciales del iguanadon. Por suerte, la ciencia aporta paulatinamente más y mejor información. Ello hace que el actualismo se transforme de manera progresiva en una herramienta cada vez más eficaz, con la cual los errores cometidos en su uso pueden subsanarse a la vista de informaciones más recientes. Es lo que sucedió con las reconstrucciones posteriores del iguanadon que, merced al actualismo, desembocaron con un diseño cada vez más correcto y preciso.

Un vistazo crítico al “actualismo” (1ª parte)

El actualismo es un método científico muy empleado en estudios arqueológicos, paleontológicos y evolutivos. Se puede definir como la explicación de fenómenos pasados mediante su comparación con fenómenos presentes. Se basa en que muchos sucesos bien conocidos hoy en día se conservan a lo largo del tiempo y, a veces también, del espacio. Por ejemplo, la deposición de glucosa en forma de grasa es un hecho observable en los caballos y en los seres humanos, y –atendiendo al registro fósil- es casi seguro que se daba igualmente en los humanos y caballos prehistóricos. Dicha hipótesis se ve reforzada por la observación de que todos los mamíferos actuales almacenan glucosa en forma de grasa. De ello se deduce que es una característica muy conservada en la naturaleza pues, al ser común a tantos animales distintos (por su genotipo, su fenotipo y su distribución geográfica), lo más probable es que surgiera a partir de un ancestro común. Éste presentaría dicha peculiaridad metabólica, la cual transmitiría a su descendencia al ser muy ventajosa y heredable. Se trataría, pues, de un antepasado antiguo muy distinto de los humanos y de los caballos, ya que también es “padre acumulador de grasa” de muchísimos mamíferos diferentes (piénsese en los ornitorrincos, las ratas, las jirafas, los leones, etc.).

Gracias al actualismo se han obtenido cuantiosos datos sobre la morfología, los hábitos y la fisiología de numerosos seres vivos del pasado. Un ejemplo típico de actualismo es la comparación de las tribus de cazadores-recolectores del presente con las tribus de cazadores-recolectores del paleolítico. Podría decirse que las tribus de hoy en día son “fósiles vivientes” que permiten conocer mejor las tribus del pasado. Otro paradigma exitoso del actualismo es la reconstrucción de los velocirraptores, dinosaurios equipados con huesos muy vascularizados, plumas y otras estructuras propias de las aves. La comparación de tales características con las que tenían los fósiles de dichos dinosaurios condujo a una nueva reconstrucción de los mismos. De no haberse establecido analogías con las aves, aún permanecería una imagen falsa de los velocirraptores.

A pesar de que el actualismo bien empleado es una potente herramienta de investigación, cuando se aplica de manera errónea puede resultar desastroso. Es por ello que una parte de la comunidad científica recela de este método, sobre todo cuando se le adjudica un valor superior al del experimento o el estudio epidemiológico. Una muestra del uso incorrecto del actualismo fue la reconstrucción inicial de otro dinosaurio, el iguanodon. Tomando como modelo a los lagartos y mamíferos actuales, fue descrito en un principio como un animal tosco, dotado de un cuerno frontal y que andaba a cuatro patas. Estudios posteriores lo reconstruyeron como un animal más estilizado y bípedo, cuyo cuerno era en realidad un pulgar afilado. Finalmente, quedó configurado como un cuadrúpedo capaz de erguirse a dos patas y en el que se mantenía dicho pulgar. Este ejemplo nos enseña que el actualismo no debe emplearse a la ligera, ya que puede ofrecer resultados espurios que “contaminen” investigaciones posteriores.

Por consiguiente, se hace necesario establecer algunas orientaciones para el empleo correcto del actualismo. Esta labor ocupará la segunda parte del presente artículo.

Tratamiento fúngico de residuos radiactivos

En la universidad escocesa de Dundee se ha observado que ciertos hongos son capaces de mineralizar uranio en suelos contaminados. Este estudio se ha hecho principalmente con uranio empobrecido, el cual era fijado por determinados hongos que lo pasaban a formas minerales insolubles. Esto evitaba su incorporación a las aguas, las plantas y los animales.
Dicho descubrimiento podría ser útil en terrenos contaminados con uranio metálico, en los que la combinación de la corrosión por el agua de lluvia y la adición de estiércol favorece el crecimiento de los hongos implicados.

Agradezco a Fernando Arnaiz la información necesaria para elaborar este artículo.
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Fuente: Flash, revista mensual de foro de la industria nuclear española. N.º 499, Junio 2008.

Avances biónicos

Aunque lo parezca, no se trata del título de una película de ciencia ficción. Los últimos adelantos tecnológicos apuntan a que, en no mucho tiempo, dispondremos de piezas de biomateriales para suplir aquellos elementos de nuestro cuerpo que no desempeñen sus funciones correctamente o cuyas características no nos satisfagan. Accidentes, enfermedades degenerativas, mala suerte con la genética o necesidades estéticas tendrán su solución gracias a prótesis de materiales cerámicos, polímeros, metales y/o aleaciones. Es más, dichos implantes podrán conferirnos cualidades antes relegadas al mundo de la fantasía. Sin ir más lejos, una mayor fuerza física merced a prótesis metálicas capaces de soportar grandes cargas y de realizar portentosos esfuerzos mecánicos. No sólo eso, sino que en otros casos nos conferirán la capacidad de realizar movimientos antes imposibles.

Hasta hace poco, el empleo de metales llevaba asociado el riesgo de corrosión y con él, el de rechazo clínico. Este problema se solventa hoy en día recubriendo la pieza metálica con un material protector biocompatible, ya sea bioinerte o bioactivo. En la actualidad, los principales avances se basan en el titanio y algunas aleaciones del mismo. No obstante, poco a poco se van abriendo paso los implantes cerámicos y poliméricos.

En un futuro no muy lejano es posible que la realidad supere a la ficción y que obras como Ghost in the Shell (de Masamune Shirow), donde la condición de cyborg es habitual, no nos resulten ya tan sorprendentes.

Para una información más completa, consultar el ejemplar de junio de 2008 de Investigación y Ciencia.

La grasa como reserva energética

En la mayoría de los animales (humanos incluidos), una buena parte de la energía ingerida que no van a necesitar se almacena en forma de grasa. Ahora bien, los principales nutrientes que nos proporcionan energía no son sólo las grasas. Tenemos que:
- Las proteínas aportan 4 kilocalorías/gramo.
- La glucosa 4 kcal/g.
- El alcohol (etanol) 7 kcal/g.
- Los lípidos (grasas, sólidas, y aceites, líquidos) 9 kcal/g.
El organismo es capaz de transformar los 3 primeros en grasa para su acumulación y uso posterior. Existe además un pequeño almacenamiento de glucosa en forma de glucógeno (molécula constituida por numerosas unidades de glucosa) en el hígado.

Pero, ¿por qué acumulamos casi toda la energía sobrante en forma de grasa y no de glucosa, proteínas o alcohol? ¿Por qué razón la selección natural favoreció esta forma de acumulación y no otra? Existen 2 poderosas razones al respecto:
1. En cantidades iguales, los lípidos aportan más del doble de energía (9 kcal/g) que la glucosa (4 kcal/g) o las proteínas (4 kcal/g), y más del 28% de energía que el alcohol (7 kcal/g). Además, este último presenta una cierta toxicidad para el organismo. La mayor capacidad para almacenar energía de los lípidos hace que, ante una misma cantidad energética, no sea necesaria tanta materia. En otras palabras, como la glucosa y las proteínas aportan menos de la mitad de energía que los lípidos, si nuestras reservas fueran de glucosa o de proteínas pesarían más del doble que si fueran de lípidos.
2. Los lípidos son hidrófobos (no interaccionan con el agua). En cambio, los otros nutrientes mencionados son hidrófilos (sí interaccionan con el agua). En el caso de las proteínas y la glucosa, ambas poseen una elevada capacidad de retención de agua. Es por ello que si se emplearan como reserva energética, al depositarse tendrían que ir acompañadas obligatoriamente de una gran cantidad de agua.

Considerando las 2 razones expuestas, transportar las reservas energéticas en forma de glucosa, alcohol o proteínas, conllevaría que los animales tuvieran que realizar un enorme esfuerzo físico para desplazarse o incluso fueran incapaces de hacerlo. La reserva energética en forma de grasa soluciona este problema al permitir un almacenamiento más eficaz: con una menor masa por kcal, sin una posible toxicidad propia del etanol y libre de agua añadida. Sabiendo esto, ya podemos contestar a por qué la selección natural primó el acúmulo de grasa en los animales. La respuesta es sencilla: tanto los herbívoros como los carnívoros necesitan desplazarse con cierta facilidad para huir y/o para alimentarse. Con unas reservas no grasas, el movimiento requeriría un enorme esfuerzo y en algunos individuos se tornaría imposible. Los animales impedidos de esta manera tendrían serias dificultades para sobrevivir frente a los acumuladores de grasa.
En la mayoría de los vegetales –que no necesitan huir o desplazarse para comer puesto que han evolucionado en base al sedentarismo- la reserva energética se lleva a cabo en forma de almidón, el cual está constituido por moléculas de glucosa. Aquí no es tan importante economizar en peso ya que las plantas no se mueven de un sitio a otro.
Por otra parte, resulta curioso observar cómo, desde un punto de vista evolutivo, las reservas grasas de los animales se sitúan en las zonas que menos dificultan el desplazamiento y otras funciones fisiológicas: en el camello y el dromedario están en las jorobas, en las focas a nivel subcutáneo, en el hombre en el abdomen y/o en la cadera, etc.

Visto lo anterior, podemos concluir que las reservas energéticas en forma de grasa supusieron una gran ventaja evolutiva. Por consiguiente, los genes responsables de este modelo de acumulación se transmitieron a los descendientes y terminaron adquiriendo una amplia difusión en la naturaleza.

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Para una mayor información, consultar "El mono obeso", Ed. Crítica, Drakontos.

Lagartos venenosos

La mayor parte de la gente, cuando oye hablar de reptiles venenosos suele pensar en las serpientes. Sin embargo, pocas personas caen en la cuenta de que también existen lagartos dotados de glándulas venenosas. A día de hoy, de las más de 4000 especies de saurios conocidas sólo 2 de ellas son venenosas: el monstruo de Gila (Heloderma suspectum) y el lagarto escorpión mejicano (Heloderma horridum). Ambos animales son morfológica y fisiológicamente muy similares, por lo que están encuadrados en una misma familia denominada Helodermatidae. Entre las características que tienen en común destacan:
- Su alimentación carnívora que incluye ranas, pequeños mamíferos, insectos y reptiles, los cuales localizan a través del olfato
- Su mayor actividad nocturna y crepuscular.
- Su lengua bífida, bastante larga y protráctil.
- Su piel de aspecto granuloso, debida a la presencia de unas placas óseas de origen dérmico llamadas osteodermos.
- Su acumulación de grasa en cola y abdomen, lo que les provee de energía y agua durante la hibernación en los meses más secos del año.
- Un potente veneno -de composición muy similar en ambos animales- producido por unas glándulas próximas a la articulación mandibular. A diferencia de las serpientes venenosas, dichas glándulas no están asociadas a un músculo que exprima su contenido sino que éste fluye por capilaridad a través de unos surcos dentales. El veneno mata a las presas por parálisis cardiorrespiratoria de un modo similar al veneno de las serpientes de cascabel. En cambio, en el hombre ocasiona un intenso dolor acompañado de síntomas variables según las condiciones físicas del herido.
- Su potente agarre durante la mordedura, necesario para dar tiempo a que se acumule una cantidad de veneno suficiente para matar o paralizar a las presas.
- Su coloración de manchas negras combinadas con otras amarillas, naranjas, rosas o rojas.
- Su hábitat en regiones semidesérticas y rocosas, donde los helodermátidos buscan refugio en escondrijos subterráneos que localizan o que ellos mismos crean.

Distinguir al monstruo de Gila del lagarto escorpión mejicano no es una tarea sencilla. La principal diferencia entre ambos está en el tamaño: el primero puede alcanzar los 40cm de longitud, mientras que el segundo sobrepasa los 90cm.
Su distribución geográfica es otra característica que puede ayudarnos a la hora de distinguirlos: el monstruo de Gila habita sobre todo en el sur de Estados Unidos y en el norte de Méjico. En cambio, el lagarto escorpión se extiende por Méjico y el norte de Guatemala. Ello no implica que algunos ejemplares puedan habitar en zonas distintas a las mencionadas.
El color también suele emplearse para diferenciarlos, siendo más proclive a tener manchas rojizas y de tonalidad más viva el monstruo de Gila. En cambio, el lagarto escorpión suele tener unas manchas más pálidas, generalmente de tonalidades amarillentas. Sin embargo, esta variación cromática no constituye en sí misma una garantía suficiente para distinguirlos.

Como se ha dicho, el veneno de ambos saurios es muy parecido. Además, presenta una gran similitud con el de las serpientes. En su composición se encuentran al menos 20 moléculas bioactivas, las cuales conforman un peligroso cóctel hemo y neurotóxico. Si bien no suele ser mortal para la mayoría de las personas adultas sanas, sí que puede originar un cuadro clínico severo –y en ocasiones letal- que requiere hospitalización. Algunos de los compuestos principales que integran el veneno de estos lagartos son:
- Tres toxinas: gilatoxina, toxina hemorrágica y toxina letal. Las tres inducen hipertensión y proteolisis (ruptura de proteínas).
- Fosfolipasas A2: son unas enzimas que se clasifican, según su acción, en neurotóxicas y miotóxicas. Las primeras generan un aumento inicial en la producción de acetilcolina y un descenso posterior de la misma. Esta disminución ocasiona parálisis y fallo respiratorio, ya que el impulso nervioso no se transmite a la musculatura. Las fosfolipasas A2 miotóxicas dan lugar a una despolarización y necrosis muscular, siendo ésta responsable de gran parte del dolor que produce la mordedura en humanos.
- Hialuronidasa: es una enzima que rompe el ácido hialurónico, sustancia importante para organizar los componentes de la matriz extracelular. Una vez desorganizados dichos componentes por la hialuronidasa, se favorece la rápida diseminación del veneno entre las células del organismo.
- Hidrolasa con actividad similar a la de la calicreína: se trata de una enzima que produce vasodilatación, y una consecuente hipotensión, en la víctima.

En conclusión, cabe señalar que el veneno de ambos helodermátidos es parecido entre sí y parecido al de las serpientes de cascabel. Su toxicidad no se debe a la acción de una determinada sustancia sino a la interacción de todos o la mayoría de sus componentes bioactivos.

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Para una información más completa, consultar:

1. Enciclopedia El Mundo de los Animales, Ed. Noguer S. A.

2. http://wwwchem.csustan.edu/chem4400/SJBR/venom.htm

Ni rastro del Big Bang: una amnesia por expansión acelerada

Según la teoría del Big Bang o de la gran explosión, el universo se originó a partir de la explosión del llamado “huevo cósmico”, en el cual la densidad era infinita. Tras explotar fueron apareciendo distintas partículas subatómicas, las cuales fueron agrupándose entre sí para originar –con el paso del tiempo- el universo tal y como lo conocemos. Hoy en día, sabemos que el universo está en una continua expansión que se inició desde que explotó el huevo cósmico.
Hace unos 10 años se descubrió que la expansión del universo se está acelerando. Esta expansión acelerada hará que todas las galaxias, salvo las pocas ligadas gravitatoriamente a la nuestra, se nos pierdan de vista para siempre. La galaxia donde se encuentra la Tierra (la Vía Láctea) se irá rodeando de una oscuridad total. De este modo, desaparecerán los puntos que sirven de referencia para medir la expansión y se diluirán los productos más distintivos de la gran explosión hasta resultar imperceptibles. En resumen, se borrará toda prueba de que hace tiempo se produjo una gran explosión.
A nuestros hipotéticos descendientes más lejanos, el universo quizás les parezca una laguna de estrellas sumergidas en un vacío infinito y sin cambios. Es posible que sólo vean una gran galaxia y un vacío insalvable.
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Para más información, consultar el ejemplar de mayo de 2008 de Investigación y Ciencia

¡El lavar se va a acabar!

Recientemente se ha desarrollado un procedimiento para fabricar telas que se limpian por sí solas. El sistema consiste en impregnar las fibras textiles con nanocristales de dióxido de titanio (TiO2). Éste se une químicamente a las fibras y actúa como un fotocatalizador, descomponiendo la suciedad cuando se expone a la luz e impidiendo el crecimiento de las bacterias causantes de malos olores.
Se prevé que las primeras aplicaciones sean para las ropas de profesionales que trabajan al aire libre (agricultores, soldados, etc.). Con ello se pretende reducir tanto en consumo de detergente como de agua, ya que el tratamiento no encarece de manera significativa el coste final de la ropa.
A día de hoy, se espera que las prendas tratadas con dióxido de titanio se pongan a la venta en unos dos años.

Agradezco a Fernando Arnaiz la información necesaria para elaborar este artículo.
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Fuente: Flash, revista mensual de foro de la industria nuclear española. N.º 498, Mayo 2008

Simbiosis y nutrición vegetal

La simbiosis es una asociación íntima y permanente entre organismos de distintas especies, en la cual todos los participantes resultan beneficiados. Un ejemplo conocido de simbiosis es la que establecen algunos pájaros desparasitadores con ciertos rumiantes. En ella, ambos animales salen ganando: el ave consigue alimento y el mamífero se libra de sus parásitos.
Los vegetales superiores toman gran parte de sus nutrientes del suelo, empleando para ello sus raíces. Sin embargo, la mayoría de los vegetales no son capaces de adquirir dichos nutrientes por sus propios medios, sino que necesitan asociarse simbióticamente con otros seres vivos que se los procuran. En otros casos, lo que la simbiosis ofrece a los vegetales implicados son mayores posibilidades de supervivencia ante condiciones ambientales desfavorables. En estas últimas asociaciones el vegetal es el que aporta las ventajas nutritivas al otro organismo.
Atendiendo al simbionte que se asocie con el vegetal, se pueden diferenciar dos tipos de relaciones: simbiosis con hongos y simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno.
1. Simbiosis con hongos
Éstas se dividen, a su vez, en líquenes y micorrizas.
1.1. Líquenes
Un liquen es el resultado de la combinación de un hongo específico y un alga verde o cianobacteria. Los líquenes reúnen ventajas de ambos socios. Es por ello que no precisan alimento orgánico (más difícil de obtener que el inorgánico), al contrario de lo que sucede con el hongo asociado. Además, consiguen sobrevivir aunque se desequen, algo imposible para el alga o la cianobacteria implicada.
1.2. Micorrizas (“hongos-raíces”)
Las asociaciones simbióticas entre determinados hongos y raíces de plantas son muy frecuentes y juegan un papel crucial en la absorción de minerales por parte de las plantas. Las raíces benefician al hongo secretando azúcares, aminoácidos y otros compuestos orgánicos que éste puede asimilar. A su vez, el hongo aporta diversos beneficios al vegetal, entre los que cabría destacar:
- La transformación de sales del suelo y sustancias en descomposición en compuestos aprovechables por la planta.
- La mejora en la captación de agua y nutrientes, pues el hongo emite prolongaciones desde las raíces hasta zonas del suelo inalcanzables por la planta.
- La defensa frente a hongos nocivos y otros patógenos.
- La mayor absorción de fertilizantes químicos, lo que permite reducir su empleo en la agricultura.
- La protección frente a tóxicos letales del suelo, etc.
Hoy en día se estima que existen micorrizas en más del 90% de las especies vegetales, siendo indispensables para la supervivencia de muchas de ellas.
2. Simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno
El nitrógeno es el elemento nutritivo que las plantas más necesitan después del carbono. Aunque constituye cerca del 80% del aire, la mayoría de las plantas son incapaces de utilizar el nitrógeno gaseoso, por lo que dependen de otras formas del mismo como son los iones nitrogenados del suelo, del tipo del amonio y del nitrato.
En el suelo siempre existe cierta cantidad de nitrógeno que “se pierde”, en el sentido de que deja de estar disponible para las plantas, ya que se convierte en nitrógeno gaseoso; se disuelve en aguas subterráneas, las cuales fluyen a zonas más profundas del suelo, etc.
Si dicho nitrógeno perdido no se repusiera, la vida en planeta sería muy distinta a la que conocemos pues se alterarían numerosas cadenas alimentarias, desapareciendo incontables seres vivos. Sin embargo, vuelve al suelo mediante un fenómeno conocido como “fijación del nitrógeno”. Gracias a éste, el nitrógeno gaseoso se incorpora en forma de compuestos nitrogenados asimilables por las plantas.
Casi toda la fijación del nitrógeno en la Tierra se debe a la acción de unas pocas bacterias, la mayor parte de las cuales viven simbióticamente en las raíces de los vegetales, donde obtienen alimento y cobijo. Estas bacterias están presentes sobre todo en las raíces de plantas leguminosas (como el trébol o la alfalfa) y suelen estar integradas en el género Rhizobium.

Resulta curioso como las asociaciones de vegetales con seres tan diminutos -y en apariencia insignificantes- constituyen un pilar clave para la existencia de diversos organismos, entre ellos el ser humano. Nuestra agricultura depende en gran medida de hongos y bacterias, en los que nunca solemos deparar como procuradores de alimentos. Nuestro ganado consume vegetales implicados en relaciones simbióticas. Es más, incluso nuestros bosques, selvas y demás ecosistemas se nos presentan como tales merced a dichas asociaciones. No sería descabellado afirmar que quizás el ser humano jamás existiría de no ser por estos pequeños simbiontes que sobreviven gracias a los vegetales.

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Para una información más completa consultar "Invitación a la Biología", de Helena Curtis y N. Sue Barnes

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El quimerismo que llevamos dentro

La quimera es un monstruo de la mitología griega con cuerpo y cabeza de león, una cabeza de cabra y otra de serpiente. Dicho engendro inspiró lo que en Biología se conoce como “quimerismo”: la presencia de células en un ser vivo que –en principio- le serían ajenas. Un tipo de quimera es el híbrido “de laboratorio” resultante de transferir células desde un ente preembrionario (mórula o gástrula) a otro, debiendo existir cierta compatibilidad entre ambos. De esta manera se pueden obtener quimeras con células de dos especies diferentes pero próximas entre sí, como son las cabras y las ovejas. Según se desarrolle el embrión, sus células se multiplicarán configurando un ser que combina partes de oveja y de cabra. Podríamos decir que es una quimera interespecífica. Ahora bien, el término quimerismo también se extiende a la combinación de células de individuos diferentes pero pertenecientes a una misma especie. Aquí no se hace alusión a la combinación de células reproductoras (gametos), ni a la transferencia de células somáticas mediante un transplante o una transfusión. El quimerismo al que nos referimos es el que media entre la madre y su descendencia. El denominado microquimerismo. La adición del prefijo “micro” se debe a que el número de células foráneas transferidas es muy limitado.
El microquimerismo materno-fetal se descubrió hace décadas: se observó que las madres incorporaban cierta cantidad de células fetales y que el nasciturus recibía, a su vez, unas pocas células maternas. En ambos sentidos de la transferencia, las células solían ser reconocidas como propias por el sistema inmune, permaneciendo durante décadas en el organismo. El que vivieran tanto tiempo se debía a que son células madre (aludiendo a su cualidad de indiferenciadas y no a su procedencia) -o células que se comportan como tales- siendo capaces de diferenciarse después en distintos tipos celulares específicos. Es decir, se comportarían como semillas que se incorporan e integran en el nuevo paisaje orgánico.
A día de hoy, se desconoce la razón evolutiva del microquimerismo. Sin embargo, sí que se sabe que puede tener repercusiones sobre la salud. A este respecto, el microquimerismo supondría un arma de doble filo: por un lado, las células recibidas permitirían reparar tejidos lesionados. Por otro, tendrían el inconveniente de que el sistema inmune llegara a reconocerlas como elementos ajenos al organismo. En este caso, cabe la posibilidad de que desencadenaran una enfermedad autoinmune, ya que nuestras defensas serían incapaces de diferenciar con precisión las células transferidas de las autóctonas. Por consiguiente, el organismo intentaría combatir a las células ajenas al tiempo que destruiría las propias.
El estudio de las repercusiones sanitarias del microquimerismo podría resultar prometedor para el tratamiento de diversas enfermedades, ya fueran solucionables mediante las células transferidas, o bien evitando sus efectos.

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Para más información consultar el ejemplar de Abril de 2008 de Investigación y Ciencia

El pardeamiento enzimático de los alimentos

Cuando pelamos y/o troceamos frutas como la manzana o la pera, observamos que su superficie se tiñe enseguida de un color marrón cada vez más oscuro. Este fenómeno se debe a unas enzimas -proteínas que ejecutan reacciones químicas- llamadas polifenoloxidasas. Éstas son muy ubicuas en la naturaleza, encontrándose en prácticamente todos los seres vivos desde las bacterias al hombre.
Las polifenoloxidasas de las frutas oxidan ciertos fenoles introduciendo átomos de oxígeno en su composición. De esta manera los transforman en quinonas, las cuales se polimerizan dando lugar a pigmentos marrones, rojos y negros. En frutas íntegras, las polifenoloxidasas y los fenoles están en compartimentos celulares separados (en cloroplastos, otros plástidos y citoplasma las primeras, y en vesículas los segundos) por lo que su color no se ve alterado. Ahora bien, cuando las frutas están “sobremaduradas” o son sometidas a cortes u otras agresiones, las membranas de los compartimentos celulares se destruyen. Ello permite que las polifenoloxidasas contacten con los fenoles y con el oxígeno atmosférico. La conjunción de estos tres elementos conduce a la formación de las quinonas y a la posterior aparición de los mencionados pigmentos. El resultado es lo que se denomina “pardeamiento enzimático”.
Este oscurecimiento acarrea importantes pérdidas postcosecha en vegetales (como las peras, las manzanas, los melocotones, los plátanos, las lechugas, etc.) y hongos (como los champiñones). Es por ello que se han desarrollado diversos métodos para combatirlo:
1. Evitar el contacto del oxígeno atmosférico con la superficie:
El efecto protector se aprecia preparando una simple gelatina con pedazos de manzana. Los trozos inmersos en el gel no se pardearán, ya que éste impide el paso del oxígeno.
2. Disminuir la temperatura:
Cuando ésta baja lo suficiente, la acción de las polifenoloxidasas se frena, llegando a detenerse por completo a temperaturas de congelación.
3. Reducir el pH:
Las polifenoloxidasas tienen un pH óptimo de actuación en torno a 5-6. A partir de éste, la acción oxidante se retarda según acidificamos el medio, hasta alcanzar un punto en el cual las enzimas se desnaturalizan (se decompone la configuración espacial) de manera irreversible, perdiendo su funcionalidad. El efecto del pH se observa fácilmente comparando el pardeamiento de un trozo de manzana cubierto con vinagre -rico en ácido acético- con otro carente de dicho recubrimiento.
4. Secuestrar el cobre:
El fundamento de este método de control estriba en que dicho metal es un componente esencial del centro activo de las polifenoloxidasas. Mediante el uso de agentes captadores (quelantes) del cobre, éste permanecerá fuera del centro activo con lo que las enzimas perderán su capacidad oxidante. Entre los secuestrantes del cobre destacan el EDTA (Ácido Etilén Diamino Tetracético) o el ácido cítrico. Este último combina dos efectos beneficiosos: la captación del cobre y la bajada del pH.
5. Aumentar la temperatura:
En aquellos casos en los que no se dañe el alimento, cabe la posibilidad de incrementar la temperatura hasta desnaturalizar las polifenoloxidasas. Por ejemplo, mediante un tratamiento de escaldado a vapor.

Los cambios que ocasionan las polifenoloxidasas en los alimentos nos pueden parecer algo nimio. Sin embargo, las pérdidas económicas que acarrean son lo suficientemente elevadas para que la lucha contra este problema merezca la debida consideración.
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Para más información, consultar:
http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/enzimas/tirosinasa.html
http://descargas.cervantesvirtual.com/servlet/SirveObras/jlv/01604074325695063002257/013113_3.pdf
http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642006000600012&script=sci_arttext

La revolución plástica (2ª parte)

En la primera parte del artículo se expuso que el plástico era un tipo de polímero, se clasificaron los polímeros y se mostró qué propiedad caracterizaba al plástico entre los demás polímeros. En esta parte se comentarán algunas aplicaciones punteras de los plásticos.

1. Aplicaciones agrícolas
El mundo rural se está tecnificando a pasos agigantados. Sus numerosos avances incluyen mejoras debidas a los plásticos, tales como:
1.1. Cubiertas impermeables para invernaderos
Gracias a ellas se evita la evaporación del agua y se favorece su condensación, lo cual permite cultivar vegetales en suelos áridos. Además, potencian el llamado efecto invernadero protegiendo los cultivos de las bajas temperaturas. Esto permite obtener cosechas de buena calidad fuera de temporada.
1.2. Películas fotosensibles pigmentadas
Se emplean para lograr una determinada iluminación que mejore la producción vegetal. Existen películas de distintos colores: las verdes son adecuadas para pimientos y melones, las azules para berenjenas y calabazas, y las rojas para tomates.
1.3. Películas antiplagas
Absorben o bloquean la luz ultravioleta, evitando la proliferación de hongos patógenos e insectos transmisores de virus vegetales. Ello es debido a que tanto unos como otros dependen de la radiación ultravioleta para reproducirse.

2. Aplicaciones medioambientales
Los ciudadanos hemos pasado de generar 30 millones de toneladas de basura plástica en 1970 a alcanzar casi 200 millones de toneladas a principios de este siglo. Los plásticos son residuos peligrosos ya que se confunden con el alimento habitual de los animales ocasionándoles problemas digestivos, bloquean el paso de la luz, retienen sustancias tóxicas, etc. Para remediarlo, además del reciclaje, se busca reducir la permanencia de los plásticos en los ecosistemas. Existen dos tipos de soluciones al respecto:
2.1. Plásticos biodegradables
Se obtienen por ingeniería genética a partir de plantas habituales como son la patata, el trigo o la soja.
2.2. Aditivos que mejoran la biodegradación
Se añaden sobre todo a aquellos plásticos derivados del petróleo. Estos aditivos los hacen más vulnerables a la acción de los microorganismos del suelo.

3. Aplicaciones sanitarias
La utilización de plásticos en el ámbito sanitario no ha parado de crecer, entrando a formar parte de grandes equipos, material fungible, etc. Cabe destacar además otros usos, tales como:
3.1. Prevención de infecciones en quemados
Uno de los principales riesgos de las quemaduras es la proliferación de agentes patógenos sobre los tejidos abrasados. Una ayuda para evitarlos consiste en cubrir la lesión con un andamiaje de polímero biocompatible y biodegradable, previamente sembrado con células epiteliales. Dicha cubierta constituye una barrera para los agentes infecciosos al tiempo que favorece la regeneración de la piel.
3.2. Reparación de lesiones cardiacas
De un modo similar al anterior, se emplean películas soporte para células musculares cardiacas cuya implantación favorece la reparación del tejido dañado.
3.3. Mejor dosificación de medicamentos
Mediante fármacos poliméricos que dosifican el principio activo de forma controlada en el organismo. Para ello se asocia dicho principio activo a un polímero que lo libera poco a poco según se va degradando.
3.4. Reparación ósea
Se utilizan implantes que tienen una base de hidroxiapatita, mineral propio de los huesos. Destacan por su cotidianeidad los implantes dentales, cuya peculiaridad es que se endurecen ante la luz.

4. Aplicaciones tecnológicas diversas
Abarcan campos muy distintos. Entre ellas destacan:
4.1. Plásticos conductores de electricidad
Su creación les valió el Premio Nóbel compartido a Heeger, Mc.Diarmid y Shirakawa. Por el momento no se emplean de manera rutinaria.
4.2. Plásticos electroluminiscentes (que emiten luz al recibir una descarga eléctrica) y electrocrómicos (que cambian de color cuando se someten a una corriente eléctrica)
Son importantes para la fabricación de pantallas planas que quizás sustituyan a las actuales de cristal líquido o plasma, ya que son flexibles, fáciles de fabricar y se pueden observar desde cualquier ángulo.
También se aplican a las ventanas de edificios inteligentes para sustituir las persianas. Su principal ventaja respecto a éstas es que regulan automáticamente y con mayor precisión el paso de la luz. Otro campo en el que se están utilizando es en el de los espejos retrovisores, ya que se tornan más oscuros cuando detectan reflejos de luz, evitando así deslumbramientos.
Sus propiedades no sólo incluyen modificaciones cromáticas respecto a la radiación visible, sino que también inducen cambios sobre radiaciones infrarrojas o ultravioletas. A ello se añade otra innovación muy ventajosa: la existencia de un “efecto memoria” por el que el cambio persiste al desaparecer la corriente eléctrica.
4.3. Plásticos autorreparables
Se obtienen encerrando nanopartículas en una red polimérica. Al agrietarse el plástico, las partículas incorporadas se liberan y polimerizan reparando el daño.

Aunque los plásticos cuentan cada vez con más aplicaciones, no debemos olvidar las presentes. Sin ir más lejos, esta mañana regresaba a casa con una película del videoclub. Por el camino notaba lo ligera que era su caja mientras observaba su peculiar diseño de dos plásticos: uno opaco y otro transparente. A su vez, dicha caja estaba contenida en una pequeña y cómoda bolsa de regalo del videoclub que, por supuesto, también era de plástico. El propio DVD no sólo era liviano sino que permitía almacenar una cantidad de información antes jamás soñada. Todo ello gracias al plástico, el cual además le confería cierta resistencia. Mientras llevaba la película a casa no podía dejar de pensar en lo incomprensible que sería el mundo actual sin los polímeros y sus innumerables aplicaciones.

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Para una mayor información, consultar los números 323 y 151 de las revistas Muy Interesante y Quo, respectivamente.

La revolución plástica (1ª parte)

Introducción
Echando un vistazo a nuestro alrededor caemos en la cuenta de la gran cantidad de objetos total o parcialmente plásticos que forman parte de nuestra realidad cotidiana. El ordenador mismo desde el que leemos –o han sido escritas- estas líneas, la inmensa mayoría de los electrodomésticos, ropas, muebles, recipientes, cosméticos, bolígrafos, prótesis, etc., contienen elementos plásticos o lo son en sí mismos.
Los plásticos han sustituido metales, minerales y derivados orgánicos a nivel mundial. Han cambiado nuestra vida abaratando productos caros y volviéndolos accesibles.
Las numerosas posibilidades a la hora de definir sus propiedades los han hecho partícipes de la nanotecnología, las comunicaciones, la farmacología, la industria de energías renovables, etc. Sus propiedades incluyen dureza, rigidez, flexibilidad, aislamiento, ligereza, conductividad, etc.
Ahora bien, ¿a qué nos referimos al hablar de “plásticos”? Aunque de manera intuitiva solemos diferenciar los plásticos de otros materiales, conviene ser más técnicos a la hora de definirlos: los plásticos son un tipo de polímeros. Es decir, son macromoléculas constituidas por pequeñas unidades moleculares –monómeros- que se repiten.

Clasificación de los polímeros
1. Según el tipo de monómeros
- Homopolímeros: si las unidades moleculares son iguales entre sí.
- Heteropolímeros: si se repiten dos o más unidades moleculares distintas.
2. Según la disposición de los monómeros
- Polímeros lineales: si forman cadenas simples.
- Polímeros ramificados: si forman cadenas de las cuales parten otras.
3. Según su persistencia en la naturaleza
- Polímeros biodegradables: son consumidos por los microorganismos del suelo en menos de 6 meses.
- Polímeros no biodegradables: tardan más de 6 meses en ser consumidos por los microorganismos del suelo.
4. Según su comportamiento ante el calor (es el parámetro de clasificación más universal)
- Polímeros termoplásticos (unos pocos): se funden al aumentar la temperatura y recuperan su estado sólido al enfriarse.
- Polímeros termoestables (la gran mayoría): no se licuan ante el calor sino que se descomponen químicamente
Los termoplásticos presentan escasos entrecruzamientos entre cadenas poliméricas o una ausencia total de los mismos. Es por ello que los polímeros pueden desplazarse y fluir con el calor. En cambio, los termoestables tienen muchos entrecruzamientos por lo que las cadenas poliméricas no fluyen sino que se destruyen.

Diferencia entre plásticos y polímeros
Hay que tener presente que todos los plásticos son polímeros pero no todos los polímeros son plásticos. La cualidad que los diferencia de otros polímeros (como adhesivos, recubrimientos, elastómeros, etc.) es que ante un esfuerzo suficientemente intenso se deforman de manera irreversible, no recuperando su forma original cuando el esfuerzo desaparece.

En la segunda parte trataremos algunas de las aplicaciones más vanguardistas de los polímeros, haciendo especial hincapié en los plásticos.

Bull Terrier: una combinación de estética y fuerza

El Bull Terrier es uno de los perros de lucha más populares y uno de los de morfología más pintoresca.

Su origen se remonta al siglo XIX, cuando el inglés John Hinks cruzó dos razas ya desaparecidas: el Old English Terrier y el Old English Bulldog. Su idea era obtener un buen perro de peleas, a las cuales eran muy aficionados los británicos. Sin embargo, sus excelentes calificaciones en certámenes de belleza motivaron que muchos de los cruces posteriores se orientaran más a los rasgos estéticos que a los de combate. De este modo surgió la estirpe actual, menos tosca que sus ancestros aunque portadora de ciertas adaptaciones a la lucha.

Rayos de microondas contra manifestantes

Los procedimientos que se usan para disolver manifestaciones son muy variados. Incluyen pelotas de goma, gases lacrimógenos, perros adiestrados, mangueras de agua a presión, porras, escudos, etc.

Es posible que algún día se una a ellos el llamado V-MADS (Vehicle-Mounted Active Denial System; es decir, Sistema Activo de Rechazo Montado sobre Vehículo). Este aparato consta de un generador de microondas, las cuales se emiten a través de una gran antena que las enfoca hacia los objetivos deseados. Dicho rayo de microondas produce un rápido calentamiento a escasa profundidad de la piel (0,4 cm), dando una sensación de quemazón intensa. Según se ha descrito, es similar a la que produciría "tocar una bombilla incandescente que lleve un buen rato encendida".

El sistema V-MADS podría emplearse no sólo con fines civiles sino también -o únicamente- con fines militares. Revestiría especial interés su uso en misiones humanitarias ya que las lesiones producidas no son letales ni permanentes. Aún así, todavía se necesitarán más pruebas de seguridad para decidir si el V-MADS u otros sistemas similares serán aplicados a situaciones reales.

El origen evolutivo de las larvas

¿Quién no ha sentido alguna vez curiosidad o fascinación ante la metamorfosis de una oruga en mariposa? La torpe oruga se transforma en una grácil mariposa con la cual, en apariencia, no tiene nada en común. A continuación veremos las explicaciones evolutivas que se dan sobre el surgimiento de las larvas. No sólo de las orugas sino de todas las larvas de los animales.
Antes de entrar en profundidad, cabe reseñar que la versión más clásica de la Teoría de la Evolución -o "gradualismo"- considera que ésta transcurre de forma paulatina mediante continuos cambios (mutaciones principalmente) y adaptaciones. En contraposición, existe una versión más moderna denominada teoría del “equilibrio puntuado” (Niles Eldredge y Stephen Jay Gould, 1972), la cual defiende que la evolución discurre en ráfagas de actividad y períodos de quietud. Por consiguiente, según la teoría evolutiva más clásica las especies se constituirían como tales a lo largo de mucho tiempo, mientras que según el “equilibrio puntuado” aparecerían de repente. Ambas formas de explicar los cambios en los seres vivos no son antagónicas sino que se complementan entre sí.
Cada una de las dos posibilidades evolutivas mencionadas lleva aparejada una hipótesis sobre la aparición de las larvas:
1. La teoría del “linaje común” o de la “filiación directa” se corresponde con el "gradualismo". El adulto y la forma larvaria comenzaron como un solo individuo. Con el paso del tiempo, la forma juvenil se apartaría cada vez más de la morfología del adulto. Las semejanzas entre larvas de distintos animales se deberían a una evolución convergente. Es decir, aquella por la que diversos organismos alcanzan soluciones morfo- y fisiológicamente similares ante problemas comunes.
2. La teoría de la “transferencia larvaria” se corresponde con la teoría del “equilibrio puntuado”. En su origen, larva y adulto serían animales distintos: cada uno se desarrollaba a partir de su propio huevo. En algún momento del pasado evolutivo, ambos animales se cruzaron y generaron descendencia. La mayoría de los híbridos no sobrevivió o fue estéril pues la expresión de genomas (traducción de genes a proteínas) tan diferentes entrañaba serias dificultades. Los pocos híbridos fértiles que salieron adelante resolvieron el problema mediante una expresión secuencial, no simultánea, de los genomas combinados. Es decir, primero se expresaban los genes de la larva y después los del adulto. Los nuevos híbridos siguieron reproduciéndose y generando formas especializadas y cada vez mejor adaptadas.

La teoría de la “transferencia larvaria” supone una óptica más moderna para el análisis del problema del origen de las larvas. Su asunción no implicaría descartar la teoría del “linaje común”, sino que es posible que ambas aporten soluciones distintas -pero válidas- a dicho problema. Serán necesarios nuevos avances científicos para descartar o aceptar por completo cualquiera de las dos hipótesis.

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Para una información más exhaustiva consultar la revista Investigación y Ciencia, ejemplar de Marzo de 2008.

Calentamiento por microondas

Debido a su rapidez y versatilidad, los hornos microondas se han hecho cada vez más populares en nuestros hogares. Su forma de calentar los alimentos es un tanto peculiar si se compara con la de los hornos tradicionales.
Las microondas actúan de dos maneras sobre el alimento:
1. Mediante desplazamiento de iones: las microondas son ondas electromagnéticas que producen una alternancia de cargas positivas y negativas. De este modo, al interaccionar con pequeños iones (Na+, K+, Ca2+, etc.) –por ser partículas cargadas- los mueven de un sitio a otro.
2. Mediante rotación de dipolos: en los alimentos la principal molécula bipolar es el agua (tiene una carga relativa positiva en cada átomo de hidrógeno y una relativa negativa en el de oxígeno). Al ser bipolar, las microondas son capaces de actuar sobre ella. Sin embargo, al tener dos cargas relativas diferentes y una masa mayor que los iones, el agua no se desplaza como estos sino que rota sobre sí misma.

El efecto sobre el agua es el que suele predominar en los alimentos y bebidas por ser ésta un constituyente muy abundante. Tanto los iones -que se desplazan- como el agua –que gira- chocan y rozan con otros átomos, moléculas e iones. Dicha fricción y las colisiones liberan calor en el alimento. Por ello, en los productos ricos en agua la temperatura aumenta muy rápido, mientras que en los más secos lo hace más lentamente o incluso puede no incrementarse.
Como la distribución del agua no es uniforme en el alimento y las microondas se dirigen con preferencia a determinados “puntos calientes” del horno, suelen emplearse platos giratorios y ventiladores que redireccionan dichas ondas para que accedan a las distintas partes del alimento.

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Sigue este enlace para ver cómo rotan varias moléculas de agua. Al aumentar la concentración de moléculas de agua (barra “Density”) es más probable que se produzcan roces entre ellas.