Esta semana en la ciencia 14|42

Portada Semana Ciencia 1442

Levadura termotolerante para la producción de biocombustibles

“… un estudio publicado recientemente en la revista Science, un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia –encabezado por el doctor Luis Caspeta Guadarrama, quien es actualmente investigador del Centro de Investigación en Biotecnología de la UAEM—, descubrió que una mutación básica puede proporcionar una cepa termotolerante en la levadura, que hace que ésta pueda crecer a temperaturas más altas de lo normal.”

Prehistoria: 40 milenios de arte asiático

“Hasta ahora, los arqueólogos habían determinado que las pinturas rupestres de las cuevas cantábricas son las más antiguas del mundo, específicamente una pintura en la cueva El Castillo, la cual tiene una antigüedad de 40 800 años. Sin embargo, Europa podría no ser el único lugar donde se gestó un arte rupestre tan antiguo…”

Siglo XXI: Proyecciones de crecimiento poblacional

“A lo largo del siglo XX, la población mundial se ha incrementado excesivamente, ya que la tasa de natalidad se ha duplicado o triplicado en sólo unos pocos años. Este excesivo incremento poblacional alerta sobre una probable crisis mundial, en la que se agravarían algunos problemas ya existentes de salud pública y de escasez de alimentos y agua…”

Levadura termotolerante para la producción de biocombustibles

Semana -1442 - 1 LevaduraEn los últimos años, el panorama energético mundial ha variado notablemente, con el crecimiento de la población y de su poder adquisitivo, la demanda de combustibles fósiles es cada vez mayor, por lo que el costo económico se ha elevado considerablemente, sin dejar de mencionar los severos daños ambientales provocados por el consumo de este tipo de combustibles. Esto ha posibilitado que la industria de los biocombustibles empiece a ser considerada una alternativa para sustituir –total o parcialmente— el consumo de combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón, a fin de reducir las altas emisiones de dióxido de carbono en la atmósfera y disminuir, en lo posible, el peligro del efecto invernadero.

Algunos productos agrícolas como el maíz, trigo, caña de azúcar, aceites vegetales o la biomasa (materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y desechos orgánicos), son la principal materia prima para obtener algunos combustibles de origen biológico, como el bioetanol o el biodiesel. Por ejemplo, para la producción del bioetanol, la materia vegetal es triturada, hidrolizada, fermentada y destilada, mediante un proceso parecido al de la elaboración de la cerveza, en el cual se extrae el alcohol y etanol para ser mezclado con la gasolina, o en el mejor de los casos, para convertirse en un sustituto total de la misma.

El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica, de donde se obtiene el alcohol hidratado, el cual se deshidrata para que pueda ser utilizado como combustible. No obstante, la producción de bioetanol se ha visto limitada debido a que durante el proceso de fermentación, las levaduras –hongos microscópicos unicelulares que tienen la capacidad para realizar la descomposición mediante la fermentación— tienen un régimen de funcionamiento de acuerdo a un rango de temperatura óptima (30 °C); si se exponen a una temperatura superior, el calor y el mismo etanol, pueden ser mortales o perjudiciales para la levadura.

Sin embargo, en un estudio publicado recientemente en la revista Science, un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia –encabezado por el doctor Luis Caspeta Guadarrama, quien es actualmente investigador del Centro de Investigación en Biotecnología de la UAEM—, descubrió que una mutación básica puede proporcionar una cepa termotolerante en la levadura, que hace que ésta pueda crecer a temperaturas más altas de lo normal.

Para este estudio, los científicos no modifican los genes directamente, en lugar de eso, decidieron utilizar la evolución adaptativa en laboratorio, por lo que hicieron crecer tres cultivos de levadura a 40 grados centígrados durante un período de tres meses. Con el tiempo, los científicos pudieron observar que las nuevas generaciones de levadura comenzaban a prosperar, aunque el principal hallazgo se produjo casi después de 300 generaciones. Al analizar la secuencia genómica y el metabolismo en tres cepas de levadura de cada uno de los cultivos, los investigadores pudieron llegar a la conclusión de que todas las cepas tenían una mutación en un gen que en última instancia permitió que la levadura cultivada sobreviviera a las altas temperaturas.

La levadura contiene ergosterol –lo que para nosotros sería el colesterol— en su membrana celular, sin embargo, los científicos encontraron que con la mutación de dicho gen, el ergosterol se sustituye por fecosterol, otro esterol que es el responsable de la termotolerancia. Asimismo, los investigadores descubrieron que la levadura termotolerante es capaz de transmitir esta mutación a las generaciones sucesivas.

Con la caracterización genómica de las cepas de levadura cultivadas en el laboratorio, los investigadores pudieron observar varios mecanismos necesarios para conseguir la termotolerancia, relacionados con el ciclo celular, estrés en la replicación de ADN y la alteración del metabolismo del esterol. Según los autores, este último resultó ser el más importante, ya que apareció en todas las cepas de los cultivos; señalan que los esteroles tienen un papel importante en la regulación de la fluidez de la membrana, lo que permite que se desarrollen los procesos vitales como el transporte de nutrientes, la organización del citoesqueleto, y el crecimiento asimétrico de la levadura, por lo que consideran la posibilidad de que sean estas las funciones principalmente afectadas por las altas temperaturas.

Finalmente, los resultados siguieren que con algunos cambios genéticos básicos se puede ayudar a hacer más fuertes y resistentes las membranas celulares de la levadura, algo que sin duda beneficiará enormemente en la producción de etanol o biocombustibles avanzados, ya que la fermentación a una temperatura mayor (40 °C) podría reducir los costos de enfriamiento y ayudaría a prevenir los altos niveles de contaminación.


Prehistoria: 40 milenios de arte asiático

El arte es casi tan antiguo como el ser humano, ya que desde hace miles de años los seres humanos han demostrado una gran capacidad de abstracción del mundo que les rodea. Es así, que a partir del descubrimiento de diversas manifestaciones artísticas rupestres en Europa, que datan de hace más de 40 mil años, arqueólogos y expertos en la evolución humana han sugerido que el arte rupestre revela la evolución de la mente humana moderna.

Hasta ahora, los arqueólogos habían determinado que las pinturas rupestres de las cuevas cantábricas son las más antiguas del mundo, específicamente una pintura en la cueva El Castillo, la cual tiene una antigüedad de 40 800 años. Sin embargo, Europa podría no ser el único lugar donde se gestó un arte rupestre tan antiguo, ya que un nuevo estudio sugiere que a la par de la creación del arte rupestre europeo, también surgían expresiones artísticas en el sureste asiático.

Semana -1442 - 2 Sulawesi

En un artículo publicado recientemente en la revista Nature, un equipo de arqueólogos australianos e indonesios reveló que una serie de pinturas rupestres asiáticas –descubiertas en la década de los cincuenta en la isla de Célebes (Sulawesi) en Indonesia— podrían ser tan antiguas como el arte rupestre encontrado en Europa.

Se trata de una serie de 14 pinturas: 12 figuras humanas en negativo y 2 figuras de un cerdo primitivo. De acuerdo con los investigadores, anteriormente se pensaba que estas pinturas no tenían más de 10 mil años, debido a que creían que era imposible que pinturas más antiguas pudieran sobrevivir en un clima tropical como el de la isla Célebes. Sin embargo, con una innovadora técnica de datación por series de uranio –la cual también fue usada en las cuevas de Cantabria— que data las capas minerales formadas en la parte superior de las pinturas rupestres, a través de la desintegración radioactiva de pequeñas cantidades de uranio, los investigadores pudieron determinar que dichas pinturas fueron realizadas hace 39 900 años, es decir, que son mucho más antiguas de lo que originalmente se pensaba.

Los resultados de este estudio sugieren que la gente de Sulawesi se expresaba mediante obras pictóricas al mismo tiempo que los europeos. Esto puede significar que el arte figurativo ya formaba parte del repertorio cultural de las primeras poblaciones humanas modernas que llegaron a esa región asiática hace más de 40 mil años. Finalmente, los investigadores señalan que es posible que el arte rupestre haya surgido de manera paralela e independiente en dos regiones extremas, en donde se establecieron los primeros humanos modernos.


Siglo XXI: Proyecciones de crecimiento poblacional

Semana -1442 - 3 SobrepoblaciónA lo largo del siglo XX, la población mundial se ha incrementado excesivamente, ya que la tasa de natalidad se ha duplicado o triplicado en sólo unos pocos años. Este excesivo incremento poblacional alerta sobre una probable crisis mundial, en la que se agravarían algunos problemas ya existentes de salud pública y de escasez de alimentos y agua, principalmente en regiones socialmente vulnerables como África.

La Organización de Naciones Unidas (ONU) publica cada dos años un documento denominado World Population Prospects, en el cual se dan a conocer las proyecciones sobre la población mundial, las cuales buscan concientizar a los gobiernos de cada país para que inviertan cada vez más tiempo y dinero en campañas para la planificación familiar y en provisiones para las futuros adultos mayores, tales como las pensiones, la seguridad social y los fondos de alto nivel para la atención médica.

Con base en los datos existentes, un equipo internacional de científicos, liderado por un miembro del Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de la ONU, realizó un estudio estadístico que fue publicado esta semana en la revista Science; los resultados del análisis de dichas proyecciones sugieren que es probable que la población mundial continúe creciendo durante el resto del siglo.

Según este estudio, a diferencia de las proyecciones anteriores, estas nuevas estimaciones permitieron a los investigadores cuantificar con mayor confianza las proyecciones futuras; es así que pudieron determinar que hay una probabilidad del 80 % de que la población mundial –que ahora es de 7 200 millones de personas— aumente a 9 600 millones para el 2050 y a casi once mil millones para el 2100.

Estas proyecciones indican que es poco probable que disminuya el crecimiento de la población mundial en este siglo mientras no disminuya la tasa desmedida de fecundidad en la mayor parte del África subsahariana. Como se mencionaba al principio, estos resultados sugieren que los países con altas tasas de fecundidad se enfrenan a una serie de desafíos ambientales (agotamiento de los recursos naturales, contaminación), económicos (desempleo, bajos salarios, pobreza), de salud (alta mortalidad materna e infantil), gubernamentales (inversiones rezagadas en materia de salud, educación e infraestructura) y sociales (aumento de los disturbios y el crimen), que requieren mayor atención a la hora de elaborar políticas públicas en cada país.


 Con información de artículos publicados enScience 6205, 3 de octubre de 2014, Nature 7521, del 9 de octubre de 2014 y Science 6206, del 10 de octubre de 2014.

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