"Malaspinomics" secuencia el genoma del océano profundo

El 60% de las especies de bacterias marinas colectadas son desconocidas

Un equipo de investigadores españoles coordinado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha comenzado a secuenciar el genoma del océano profundo global empleando más de 2.000 muestras de microorganismos recogidas en el Atlántico, el Índico y el Pacífico durante la expedición Malaspina. Esta colección de genómica microbiana marina, la primera del mundo a escala global, aportará nuevas claves sobre un reservorio de biodiversidad aún por explorar, ya que podría suponer el hallazgo de decenas de millones de genes nuevos en los próximos años.
Los trabajos de secuenciación, enmarcados en el proyecto Malaspinomics, se centran en los virus, bacterias y protistas que pueblan el océano hasta los 4.000 metros de profundidad. La mayor parte de la masa viva de los organismos marinos está compuesta por microorganismos. De ellos, un 72% habita el océano oscuro, a partir de los 200 metros de profundidad. No obstante, hasta ahora la secuenciación del ADN o ARN había quedado limitada casi exclusivamente a las aguas superficiales del océano.
Resultados preliminares de Malaspinomics revelan una cantidad ingente de especies desconocidas de microorganismos en el océano profundo, caracterizado por una actividad biológica intensa. En concreto, el 60% de las especies bacterianas del océano profundo detectadas mediante técnicas de secuenciación masiva son desconocidas.
“Malaspinomics supone un salto adelante porque estamos analizando por primera vez las muestras del océano profundo, cubriendo los grandes océanos. Los nuevos protocolos de secuenciación y de análisis permiten extraer bastante más información que en estudios previos, limitados a regiones concretas o a aguas superficiales, y a un nivel de resolución sin precedentes”, asegura el investigador del CSIC y coordinador de la expedición Malaspina Carlos Duarte.

Los investigadores ya han detectado bacterias capaces de degradar compuestos altamente tóxicos que se ha ido acumulando en el fondo marino. “Hemos descubierto bacterias con rutas metabólicas capaces de degradar metilmercurio derivado de la actividad humana. Otras bacterias, los metanotrofos, utilizan los productos de degradación de esos compuestos tóxicos como fuente de carbono y energía. La detección de estas plantas de reciclaje del océano profundo nos permite identificar aquellas regiones con mayor cúmulo de sustancias tóxicas y utilizar estas bacterias como biosensores del estado ecológico de un ambiente tan desconocido hasta ahora”, asegura Silvia Acinas, investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar.
Los análisis se están llevando a cabo por un equipo que integra investigadores del Instituto de Ciencias del Mar (CSIC), el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (mixto del CSIC y la Universidad de las Islas Baleares) y el Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona. Cuentan también con la colaboración del MareNostrum (Centro Nacional de Supercomputación en Barcelona), el Joint Genome Institute (EE UU) y el European Molecular Biology Laboratory (Alemania).

Millones de genes nuevos

Para Josep Maria Gasol, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias del Mar y líder del bloque de microorganismos de Malaspina, las muestras “son especialmente valiosas porque provienen de zonas científicamente poco estudiadas hasta ahora, como el Índico y el Pacífico Sur. Las evidencias más recientes sugieren que el océano profundo alberga bacterias activas y muy diversas, así como arqueas protistas, virus y zooplancton”.
“El número de especies marinas utilizadas como fuente de genes con interés comercial crece a un ritmo de un 12% anual. El potencial biotecnológico de los organismos marinos es inmenso y más aún en el océano profundo. Esperamos que los genes recolectados en Malaspina abran la puerta a múltiples aplicaciones biotecnológicas en campos como la bioenergía, la alimentación o la cosmética”, explica Jesús María Arrieta, investigador del CSIC en el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados.
“Esta colección tiene un incalculable valor estratégico porque ningún país posee este tipo de muestras a escala global. Vamos a entregar a las bases de datos internacionales centenares de millones de genes nuevos con capacidades metabólicas hasta ahora desconocidas y con posibles aplicaciones. Cuando empezamos a gestionar Malaspina, no contábamos con que fuera posible secuenciar en España, pero ahora disponemos de la tecnología necesaria para llevarlo a cabo”, destaca Duarte.

La expedición Malaspina, un proyecto Consolider-Ingenio 2010 financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad, comprende 27 grupos de investigación del CSIC, el Instituto Español de Oceanografía, 16 universidades españolas, un museo, una fundación pública de investigación y la Armada Española. La financiación total, en la que también han colaborado el CSIC y la Fundación BBVA, así como varias universidades españolas y organismos públicos de investigación, ronda los 6 millones de euros. La primera parte de Malaspinomics ha sido financiada por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Unificar la mecánica cuántica y la relatividad general una meta ambiciosa pero factible

El trabajo de tesis doctoral de Mercedes Velázquez sobre el tema, obtuvo el Premio Weismann 2012 en el área de ciencias exactas 

La mecánica cuántica y la relatividad general son teorías que se desarrollaron el siglo pasado y en la actualidad son ampliamente aceptadas ya que se han podido comprobar experimentalmente cada una en su dominio de validez. Sin embargo, los fundamentos en los que están basadas no son compatibles entre sí. Es por esto que desde hace varias décadas se busca una teoría para la gravedad cuántica, es decir, una teoría en que confluyan armoniosamente la mecánica cuántica y la relatividad general.
Un modo de llegar a esa teoría es partir de la relatividad general clásica e intentar cuantizarla; pero existen diferentes formas de escribir la relatividad general y hay que escoger a partir de cual se hará la cuantización. Dos teorías muy importantes que se desarrollan en estos momentos y que buscan la mencionada compatibilidad son la gravedad cuántica de lazos (loop quantum gravity) y los modelos de espuma de espines para la gravedad (spin foam models for gravity). Ambas parten de un modo de escribir el principio de acción de la relatividad general en forma de lo que se conoce como teorías de tipo BF con constricciones, siendo la primera formulación de este tipo la dada por Plebanski en 1977.
“Al plantear el tema de investigación, nuestro principal interés fue comprender completamente las teorías de tipo BF a nivel clásico; esto nos permitiría fijar bases para adentrarnos posteriormente en el tema de la cuantización. Para esto nos propusimos como objetivo particular obtener el acoplamiento de campos de materia a formulaciones reales de tipo BF para la gravedad”, explicó la doctora Mercedes Paulina Velázquez Quesada, galardonada con el Premio Weizmann 2012, que otorgan la Academia Mexicana de Ciencias y la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann, a las mejores tesis doctorales en las áreas de ciencias exactas y naturales, así como en ingeniería y tecnología.
El proyecto, explicó la científica quien obtuvo la distinción en ciencias exactas, duró cuatro años. Inició con un estudio básico de la formulación de Plebanski y del comportamiento de las constricciones en las teorías de tipo BF. “Como es natural, a lo largo de la investigación surgieron resultados que no correspondían completamente al tema inicialmente planteado, pero que consideramos que eran suficientemente interesantes como para ser analizados a profundidad”, expuso.
Estos nuevos resultados hicieron de la tesis un estudio detallado de diferentes acciones de tipo BF para la relatividad general que incluye el análisis de otras teorías cercanas a ésta que también se pueden describir con acciones de tipo BF con constricciones.

En el trabajo titulado “BF gravity, matter couplings, and related theories”, se muestra la relación que existe entre las diferentes formulaciones estudiadas para relatividad general y se presentan nuevos principios de acción de tipo BF para esta teoría acoplada con campos de materia.

“Este análisis –aclaró- nos permite entender mejor las estructuras geométricas, algebraicas y físicas involucradas en la formulación de Plebanski para la gravedad, contribuye en una mejor comprensión de la teoría clásica de la relatividad general y podría auxiliar en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravitación”.
Velázquez Quesada explicó que lograr acoplar la mecánica cuántica con la relatividad general representaría un avance conceptual de grandes magnitudes. En este contexto, este trabajo de tesis aporta resultados a nivel teórico sobre la relatividad general, los campos de materia acoplados a ésta y teorías relacionadas a la gravedad en una formulación de tipo BF.
Sobre la experiencia de desarrollarse en el área de la investigación científica, destacó que todos los campos del conocimiento son relevantes para la sociedad y todo aprendizaje puede contribuir al desarrollo personal. El conocimiento científico en particular, dijo, da la posibilidad de entender cómo ocurren los fenómenos.
“Y las preguntas que yo también me haría son: ¿cómo hacer para que la educación nos conduzca a un desarrollo científico?, ¿cómo hacer para que se oriente a desarrollar un espíritu de reflexión sobre los hechos o sobre los fenómenos, sean naturales o sociales o de cualquier tipo?, ¿cómo enseñar a ver las cosas con el afán de entenderlas y, en ocasiones, también de juzgarlas?”.
Mercedes Velázquez comentó que el Premio Weizmann “por sí mismo es muy valioso, pues es un reconocimiento al trabajo que ha desarrollado; esto siempre es una satisfacción y una motivación más para seguir adelante. Sin embargo, el trabajo no es solo mío, es el resultado del esfuerzo de la gente con la que tuve oportunidad de interactuar durante mi formación, particularmente de mi director de tesis que supo orientar la investigación hacia los temas relevantes que fueron surgiendo. Para mí es un gusto que se reconozca la calidad de la investigación que se realiza en el Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados y en particular por el doctor Merced Montesinos Velásquez”.
El próximo 20 de junio, en una ceremonia de premiación, la Academia Mexicana de Ciencias en conjunto con la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias harán entrega de un diploma y 25 mil pesos a Mercedes Velázquez por la calidad de su investigación doctoral.
AMC

El calentamiento de los océanos, responsable del deshielo antártico

El calentamiento de los océanos hace fundir las plataformas de hielo flotante que rodean la Antártida en las profundidades y es responsable de la mayor parte de las pérdidas de masa de hielo, tradicionalmente atribuidas a la formación de icebergs, según una investigación difundida el jueves por la NASA.
Los científicos estudiaron la tasa de deshielo de la base de estas masas glaciares, las prolongaciones de las masas flotantes del océano que cubren una superficie de 1,5 millones de kilómetros cuadrados.
Se trata del primer estudio extenso de todas las plataformas de hielo flotante alrededor de la Antártida, que revela que el deshielo de su base supone un 55% de la pérdida total de su masa entre 2003 y 2008, un volumen mucho más importante que el estimado anteriormente.

La Antártida contiene el 60% de las reservas de agua dulce del planeta y sus plataformas o mesetas, una especie de barreras de hielo, ralentizan el deslizamiento de los glaciares al océano.

Determinar cómo se funden ayudará a los glaciólogos y a otros científicos a mejorar sus predicciones sobre la repuesta de la masa glaciar antártica al calentamiento del océano y su contribución a la subida del nivel de las aguas de los mares.
Según los investigadores, este estudio afinará los modelos de la circulación oceánica al proporcionar una mejor estimación del volumen de agua dulce que proviene del derretimiento de estas plataformas de hielos que desembocan en la zona costera de la Antártida.
Para esta investigación, publicada en la revista Science con fecha de este 14 de junio, los científicos reconstituyeron la acumulación de hielos, así como las medidas de su espesor con satélites y aviones, así como el cambio de la elevación de las plataformas y su velocidad de desplazamiento. De esta forma, pudieron determinar a qué velocidad se derretían y compararlas con la formación de icebergs.
"El punto de vista tradicional sobre la pérdida de masa glaciar de la Antártida es que proviene casi por completo del nacimiento del iceberg", explica Eric Rignot, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena (California), principal autor del estudio. "Nuestro estudio muestra que el deshielo de la base de las plataformas de hielo que rodean la Antártida contribuye de forma mucho más importante", estimó.