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