Universo Paralelo: Un verdor amable

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¡Buenas tardes, habitantes de este Universo Paralelo! La edición de hoy está dedicada al mundo vegetal. El 85% de la biomasa de nuestro planeta, es decir, de la materia viva, pertenece a este reino. Los vegetales colorean el paisaje con un pigmento verde llamado clorofila.

• Se trata de la sustancia clave que permitió el desarrollo de vida compleja en la Tierra, porque es capaz de convertir la energía lumínica del Sol en energía química que los organismos como nosotros podemos aprovechar. Debido a este mismo proceso, que llamamos fotosíntesis, es que el oxígeno en nuestra atmósfera llega al 21% de su contenido.
• Los vegetales están en nuestro origen, nos alimentan, nos dan sombra y belleza. De allí la urgencia por hacerlos protagonistas. Así que invitamos a tres especialistas. El doctor Pablo Cañónnos mostrará cómo las plantas captan el nitrógeno, elemento que, a pesar de ser el principal componente de nuestra atmósfera, es tremendamente difícil de aprovechar para la mayoría de los seres vivos.
• El botánico, profesor Juan Velozo, nos mostrará cómo la ciencia, a través de diversas tecnologías, puede realizar catastros de bosques urbanos. Esta labor es crucial para el manejo de las áreas verdes en nuestras urbes, mejorando así la calidad de vida de la ciudadanía.
• Para la entrevista de cada miércoles invitamos, en esta ocasión, a la bioquímica Claudia Stange Klein, especialista en biología molecular vegetal. Es doctora en Ciencias Biológicas y profesora titular de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile.
• Para matizar, la imagen de la semana tendrá a la neurociencia del ojo como protagonista. Está a cargo del doctor Leonardo Valdivia, quien, además de ser un destacado neurocientífico, es aficionado a las artes visuales y aprovecha los mejores microscopios a los que tiene acceso para retratar la belleza del microcosmos.

En las Breves Paralelas recordaremos el megaterremoto de Valdivia, que ocurrió hace exactamente 64 años. Además, algo sobre la “Wood Wide Web”, una idea controvertida que afirma que existe una red de hongos que permite la interacción de árboles en los bosques.

• Terminaremos, como de costumbre, con algunas recomendaciones.

Espero que disfruten esta edición estelar de nuestro Universo Paralelo. Compartan y ayúdenme a promover la ciencia en los medios. Y si les llegó de alguien, ¡inscríbanse ya!

VERDE SIMBIOSIS

Imagen de la microalga Braarudosphaera bigelowii. La flecha indica la posición del nitroplasto. Créditos: Tyler Coale.

Por Dr. Pablo Cañon

Bioquímico-Enólogo

¿Eres fanático de las plantas y, a pesar de tus cuidados, no crecen y muchas veces terminan muriendo? Es probable que el problema sea la fertilización, y uno de los nutrientes clave es el nitrógeno. Este elemento es esencial para los seres vivos y constituye el 78% del aire. Sin embargo, su forma molecular presente en la atmósfera, compuesta por dos átomos del elemento (N₂), es extremadamente estable químicamente.

La mayoría de los organismos no pueden aprovecharlo en esta forma y dependen de procesos geológicos o biológicos que puedan “fijar” este nitrógeno. Es decir, capturarlo del aire y transformarlo en moléculas más reactivas. Algunas bacterias, por ejemplo, lo convierten en amoníaco (NH₃).

• Estas bacterias se alojan en las raíces de ciertas plantas, donde establecen una relación simbiótica: les proporcionan amoníaco a cambio de nutrientes que las plantas producen.

Entender estas relaciones simbióticas puede ser clave para desentrañar los misterios de la vida y la evolución. En un reciente artículo, científicos de la Universidad de California presentan un significativo avance en la biología evolutiva relacionada con la simbiosis. La investigación se centra en dos organismos que viven en simbiosis: una bacteria fijadora de nitrógeno, conocida como UCYN-A, y un alga unicelular, la B. bigelowii.

• El estudio revela que UCYN-A ha evolucionado más allá de una simple relación simbiótica. Se ha integrado a la estructura celular del alga, haciéndose parte de su maquinaria hasta tal punto que es capaz de reproducirse con ella y utilizar proteínas codificadas por su genoma.

UCYN-A es una cianobacteria, microorganismo capaz de realizar fotosíntesis y fijar carbono como las plantas. Sin embargo, la investigación destaca que UCYN-A ha perdido genes esenciales para estas tareas, concentrándose exclusivamente en la fijación de nitrógeno. Las proteínas necesarias para estas funciones son ahora proporcionadas por B. bigelowii, indicando una alta dependencia del huésped.

• Esto muestra que la bacteria se encuentra en una etapa temprana de evolución para convertirse en un organelocompletamente funcional, similar a las mitocondrias o los cloroplastos, que tienen un origen semejante. Está en proceso de transformarse en un “nitroplasto”, un organelo productor de amoníaco.

Este descubrimiento es significativo, porque permite comprender los primeros pasos de la evolución de los organelos, sustentando la idea de que estos pueden evolucionar a partir de intensas simbiosis, como propuso la bióloga Lynn Margulis, hacia finales de los años 60.

• El estudio también tiene implicaciones prácticas, ya que la comprensión de este proceso podría ayudar en la ingeniería de plantas agrícolas con capacidad de “fijar nitrógeno”, reduciendo la dependencia de fertilizantes químicos.

¡Imagina las nuevas posibilidades para una agricultura más sostenible, o incluso para tus plantas, que sufren cuando no recuerdas fertilizarlas!

BOSQUES URBANOS Y CIENCIA CIUDADANA

Por Juan Velozo

Botánico, magíster en Ciencias Biológicas

En la actualidad el 50% de la población mundial se concentra en ciudades, donde los bosques urbanos o áreas verdes resultan de vital importancia, ya que limpian el aire, absorben agua y protegen al medio ambiente del calor excesivo.

Estudios recientes demuestran que estas formaciones vegetales aportan servicios ecosistémicos similares a las áreas naturales. El interés por el espacio verde ha crecido notablemente: se estima que existen sobre 186 millones de hectáreas de bosques urbanos. 

• Sin embargo, hay un enorme déficit de información sobre los inventarios de estas formaciones, información necesaria para la correcta gestión del espacio público. La principal causa del déficit de los inventarios es su elevado costo.
• En la última década, hemos asistido a un acelerado avance en el mapeo masivo de la vegetación, logrado con tecnologías de IA que usan imágenes satelitales, cada vez con mayor resolución.

Pero aún existen brechas. En particular, las imágenes satelitales no dan cuenta de la diversidad de las formaciones, ya que para poder identificar las especies de árboles presentes se requieren niveles de detalle solo posibles desde el suelo. Al menos hasta ahora.

Recientemente, un estudio liderado por la investigadora Luisa Velásquez-Camacho, logró demostrar que es posible la clasificación taxonómica automática de plantas de áreas urbanas utilizando IA.

El equipo integró herramientas de aprendizaje profundo con información de imágenes satelitales, datos a escala de suelo con imágenes de Google Street View y el uso de aplicaciones de ciencia ciudadana para identificación de plantas georreferenciadas (tales como Plant.id, Seek de iNatulalist y Pl@ntNet).

• Para poner a prueba estas herramientas, los autores compararon las capacidades de clasificación taxonómica automática de las plantas en un área de 59 hectáreas en la ciudad de Lleida, en España, y contrastaron sus resultados con un catastro en la misma área, realizado por expertos humanos.
• Los resultados de la investigación fueron muy positivos, demostrando que la clasificación taxonómica automática es posible a nivel de familias, géneros y especies.

Por supuesto, esto es solo el inicio. Hay muchas razones que hacen que la precisión del sistema no sea aún la deseada. Sin embargo, se espera que, en un futuro cercano, podamos contar con una plataforma capaz de entregar, en tiempo real, la estructura y composición de los bosques urbanos en cualquier lugar del mundo.

• Este estudio revela, además, que la participación ciudadana puede ser un pilar fundamental en el avance de la ciencia. La colaboración entre ciudadanos, científicos y gobernantes no solo permite una gestión más eficaz de los bosques urbanos: tiene el potencial de transformar nuestra sociedad en cualquier ámbito.

EL CUESTIONARIO: CLAUDIA STANGE

Cada semana hacemos las mismas cuatro preguntas a un científico. En esta edición, entrevistamos a la bioquímica y doctora en Ciencias Biológicas Claudia Stange Klein.

-¿Qué te motivó a dedicarte a la ciencia?

-Fue un proceso continuo, sin estar realmente consciente de que me convertiría en científica. En el colegio me gustaban mucho la biología y la química. En casa (me crié en el campo de la localidad de Chamiza, en Puerto Montt) estaba siempre en contacto con plantas y hacía “experimentos” polinizando flores de diferentes colores, germinando semillas, etc. Más que nada por curiosidad. En realidad no sabía qué carrera estudiar. Mi primera opción era el teatro, pero, aunque me gustaba mucho, lo descarté por una carrera que me “permitiera trabajar en laboratorio”.

Es así que, en el momento de la postulación a la U, vi un folleto de la carrera de Bioquímica de la U. de Chile y se me iluminó el corazón. Era una carrera poco publicitada, pero sabía que por ahí estaba mi camino. Era una carrera bien exigente, pero me gustó mucho, sobre todo cuando comencé a tener clases de Biología Molecular y Fisiología Vegetal. Allí hice la conexión con mis intereses de niña y es así como me dediqué a la Biología Molecular Vegetal, lo que me apasiona hasta hoy.

-¿Cuál es la obra científica que más influyó en tu actividad?

-Es una pegunta difícil, porque hay muchas obras que marcaron hitos importantes en la ciencia. Una de ellas es On the Origin of Species de Charles Darwin, publicada por primera vez en 1859. Con esta obra, Darwin revolucionó la biología y la comprensión de la evolución, introduciendo el concepto de selección natural. En esa época fue muy controversial y desafió las ideas tradicionales sobre la creación y el origen de las especies, generando un gran debate en la comunidad científica y en la sociedad en general.

Darwin, con ello, concluye que la vida en la Tierra es por un proceso natural y continuo de cambio y adaptación, lo que dio un marco para entender la diversidad biológica. La obra sentó las bases para la biología moderna y sigue siendo una pieza central en el estudio de la evolución.

-¿Cuál es el problema científico más importante por resolver?

-Hoy en día, y más cercano a mi investigación, son los desafíos que nos presenta la mitigación y adaptación a la crisis climática. Las emisiones de efecto invernadero han generado diversas consecuencias, como el continuo calentamiento de la atmósfera, disminución de las precipitaciones anuales, derretimiento acelerado de los glaciares, aumento del nivel del mar, etc.

Se estima que estos efectos no podrán revertirse durante varios siglos o milenios si no se toman medidas inmediatas. En IPPC 2021 se realizó una proyección que indica que, para finales de siglo, las temperaturas aumentarán entre 1,0 °C y 5,7 °C. Un aumento de 1,5 °C produciría un incremento de las olas de calor, lo que podría generar un aumento de la pérdida de agua por evapotranspiración, aumentando la sequía y salinización del suelo, lo que pone en riesgo la seguridad alimentaria, dado que estas condiciones climáticas pueden reducir hasta en 50% la producción agrícola.

En nuestro grupo de investigación trabajamos en generar nuevas plantas, como kiwi y tomate, que puedan adaptarse a la sequía y salinidad sin afectar su producción.

-¿Cuál es la pregunta que te desvela como científica y cómo la enfrentas?

-En otra línea de investigación, estamos trabajando en entender cómo la zanahoria produce una raíz comestible con ese elevado nivel de carotenoides (pigmentos naranjos saludables provitamina A), a diferencia de sus parientes como el perejil, cilantro, apio, entre otros. La zanahoria adquirió alguna mutación durante su cultivo en el siglo X, con lo que se produjeron zanahorias amarillas, púrpuras, naranjas, blancas y rojas.

Entendemos que es un sistema complejo y otros investigadores compararon las zanahorias blancas y naranjas, encontrando un gen mutado en la zanahoria que normalmente, al estar activo, impide la síntesis de carotenoides en la raíz. Sin embargo, nosotros identificamos otros genes en la raíz de la zanahoria (como receptores de luz), que normalmente se necesitan para el desarrollo de plantas y síntesis de carotenoides cuando las plantas crecen en sombra.

Esto nos hace sentido, ya que a una baja profundidad de tierra la raíz está en sombra (más que en oscuridad total). Cuando mutamos uno de estos genes, DcPAR1, no se produce la raíz comestible ni la síntesis de carotenoides. Esta evidencia es muy relevante a nivel evolutivo y seguimos investigando para entender todo el mecanismo que se activó en la zanahoria hace tantos siglos.

Esto podría ayudar a generar raíces comestibles en otras especies, como los parientes de la zanahoria.

LA IMAGEN DE LA SEMANA

“Raíces”. Fotografía de Leonardo Valdivia y Aracelli Neira.

Por Leonardo Valdivia

doctor en Ciencias, biólogo del desarrollo

Esta es una imagen lateral de un embrión de pez cebra que tiene 1 día de vida. Fue obtenida con un microscopio confocal de última generación. Usando ciertos “trucos”, permite a los científicos ver estructuras que son invisibles al ojo humano desnudo.

• En color verde fluorescente se observan los ojos, mientras que en blanco podemos ver las neuronas de estos embriones de pez.
• Los peces cebra son uno de los llamados “organismos modelo”, término usado para referirse a especies que son muy estudiadas en laboratorios, debido a que son fáciles de reproducir y tienen varias ventajas experimentales.

Estos peces han enseñado mucho a los científicos sobre cómo se desarrollan los diferentes animales y cómo se producen ciertas enfermedades en humanos, lo que ha dado lugar a algunos tratamientos nuevos.

• A pesar de que los humanos lucimos diferentes a un pez, nuestros ojos se forman de manera muy similar, por lo que estudiando estos pequeños animalitos –el de la imagen mide cerca de 1 milímetro– podemos tener luces sobre cómo surgen ciertas malformaciones oculares que producen ceguera.
• Es así como la belleza de esta imagen va mucho más allá de su estética. Es también belleza intelectual.

BREVES PARALELAS

Debo excusarme en esta edición, ya que las Breves no quedaron tan breves. Pero ya saben, la longitud es relativa al sistema de referencia en que se mida. Y hablando desde Chile, la memoria del gran terremoto de Valdivia, que hoy recordamos, se extiende inconteniblemente. Quizás como esos diez minutos que duró ese terremoto, que para aquellos que lo experimentaron debió ser una eternidad.

– Un día como hoy, 22 de mayo, hace 64 años, a las 3 de la tarde, 11 minutos y 43 segundos, comenzó el terremoto más intenso que la humanidad haya registrado jamás.

• El sismo ocurrió en el sur de Chile, país en donde unas 2 mil personas murieron. La ciudad más afectada fue Valdivia, de allí el nombre por el que se conoce a este megaterremoto.
• Su magnitud en la escala de momento fue de 9,5. Esta es la escala estándar para medir la intensidad de los movimientos telúricos hoy, a pesar de que típicamente se nombra a Richter en los medios. Esta última escala es similar a la de momento para sismos de pequeña o mediana intensidad, pero subestima la intensidad de aquellos más grandes. Fue el gran terremoto de Valdivia una de las causas de que esta se dejara de utilizar en favor de la de “momento”.

La energía total liberada en el megaterremoto de Valdivia fue enorme. Equivalente a miles de millones de bombas atómicas como la lanzada en Hiroshima. Los tsunamis que produjo tuvieron consecuencias trágicas en lugares tan lejanos como Japón, en donde murieron más de cien personas.

• Uno de los grandes héroes de esos días fue el ingeniero Raúl Sáez. Los derrumbes producidos por el terremoto bloquearon el desagüe del lago Riñihue, a través del río San Pedro. El agua comenzó a acumularse y el colapso era inminente. La ruptura del tapón elevaría explosivamente el caudal del río, matando a decenas de miles de personas que vivían en sus riberas, a lo largo de más de ochenta kilómetros.
• Afortunadamente, el trabajo de civiles y militares, de empresas públicas y privadas, de miles de voluntarios, todos a cargo del ingeniero Sáez, dio frutos rápidamente. Debemos recordar, y alimentar la memoria de futuras generaciones con estas legendarias epopeyas de grandeza humana.

Como dirían los Beatles: “Will you still need me/ will you still feed me/ when I’m sixty four?” (“¿Todavía me necesitarás/ todavía me alimentarás/ cuando tenga sesenta y cuatro?”). A 64 años del “Riñihuazo”, no podemos estar más seguros de eso.

– Algunos científicos afirman que, a través de una red subterránea de hongos conocida como la “Wood Wide Web”, árboles y plantas pueden compartir recursos como agua y nutrientes e, incluso, enviar señales de advertencia sobre plagas y enfermedades.

• Estos hongos forman una simbiosis con las raíces de los árboles, creando una vasta red de interconexión que les permite apoyar y proteger a sus vecinos arbóreos.

Este concepto es muy controvertido y genera fuertes debates en biología. Pero quizás sea realidad, al menos en contextos reducidos, como muestra un reciente artículo liderado por el profesor David Read, de la Universidad de Sheffield.

• Su equipo demostró cómo cierto tipo de orquídeas son capaces de enviar alimentos a sus descendientes. Las plántulas, que carecen de clorofila y no pueden realizar la fotosíntesis, dependen de estas redes de hongos para su nutrición. Este proceso, que se asemeja a un tipo de cuidado parental vegetal, revela un fascinante mecanismo de supervivencia en estas plantas.

RECOMENDACIONES

– Para nuestros lectores que viven en Temuco o sus alrededores, quisiera recomendar la exposición “Corazón Fluorescente”, curada por María José Riveros y Leonardo Valdivia, que se presenta actualmente en la Sala de Arte de la sede de la Universidad Mayor en dicha ciudad. Es en esta muestra en donde se exhibe la fotografía “Raíces”, de Leonardo Valdivia y Aracelli Neira, la imagen de la semana de esta edición.

– Terminemos con música sobre vegetales. Con algo luminoso y lúdico como:

Voy a estar cerca de mis vegetales
Voy a devorar mis vegetales
Te amo más que a nada
Mi vegetal favorito
Si trajeras una gran bolsa marrón de ellos a casa
Saltaría de alegría y esperaría a que me lanzaras una zanahoria.

Así comienza la canción “Vegetables” de los Beach Boys, publicada en su disco Smiley Smile de 1967. El tema era originalmente parte del álbum Smile, el sucesor del gran Pet Sounds, que la banda lanzó el año anterior. Pero ese disco –quizás el más esperado en la historia del rock– jamás vio la luz. La mayoría de las canciones fueron publicadas en versiones distintas en varios álbumes posteriores.

• Pero Brian Wilson, líder de los Beach Boys, recopiló y terminó el material en 2004. Es una maravilla. En la canción “Vegetables” escuchamos sonidos de gente masticando verduras. Se dice que en la grabación original habría estado Paul McCartney masticando apio.

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Eso es todo por esta semana en Universo Paralelo. Si tienes comentarios, recomendaciones, fotos, temas que aportar, puedes escribirme a universoparalelo@elmostrador.cl. También puedes lanzarme una zanahoria. Gracias por ser parte de este Universo Paralelo. ¡Hasta la próxima semana!